运用卷对卷制程 可弯曲薄膜电池轻薄又可靠

2015-02-02 09:23:58来源: 互联网
    穿戴式装置对轻薄外形设计的要求,促使薄膜电池技术日益受到市场重视。最新的薄膜电池使用碳酸酯类化合物高黏度溶剂与低黏度内酯类化合物溶剂,达到可挠曲、高安全性及高容量密度,并能利用卷对卷(Roll-to-roll)方式大量生产,降低其制造成本。
 
    自可携式电子产品蓬勃发展以来,可挠曲薄膜电池已受高度重视,包括交通运输用悠游卡片、安全机制用识别器、无线通讯用传输器、金融交易用智慧卡、电子钱包,以及美容医疗贴布等,都须大量使用可挠曲薄膜电池。
 
    此外,自2013年Google推出智慧眼镜;索尼(Sony)、三星等推出智慧手表,便引爆穿戴式装置的风潮。穿戴式装置不仅能应用于资讯娱乐、运动健身、医疗照护及工业/军事等四大领域,其更能配合手持式装置运用,使行动应用更加多元,进而带动穿戴式装置市场与相关产业链的新兴商机,是产业中极具发展价值的领域。
 
迎合穿戴式装置设计 薄膜电池技术日益精进
 
    薄膜电池基础技术的开发,来自橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory, ORNL)。橡树岭国家实验室明确定义薄膜电池为锂电池的一种,系透过射频磁控溅射和热蒸镀的方式,做为正极、电解质和负极层的制造,其厚度小于数微米。然而,这种技术缺点是制程复杂、设备价格昂贵、电池容量仅μAh范围,因此,难以大量生产,也无法因应穿戴装置需求。
 
    近来薄膜电池产业竞争厂商数量与日俱增,且各有所长。技术主要以固态电池与高分子基两大技术为主。固态薄膜电池大部分仍使用ORNL开发技术,正极为锂氧化物;负极为锂金属;锂磷氧氮化物(LiPON)为电解质,并利用溅镀或沉积方式,使电极材料附着于各陶瓷、半导体、金属箔或塑料基材上。全球使用这种技术的公司,包括Cymbet、Excellatron、Infinite Power Solutions、Solicore等。
 
    其中,Solicore使用Polymer Electrolyte(PME)的专利,以涂布方式制造薄膜电池;而Cymbet则用原有ORNL提供的技术,以较低温(100℃)方式制造电池,因此,薄膜沉积的基板将能有更多基材选择,特别是能纳入柔性基板。
 
    另外,亦有固态电池厂商开发专有技术,用于生产奈米厚度的涂层。此方法称为气相沉积凝固法(VDS),其提供传统真空、电浆和雷射技术,以控制薄膜结构在原子级等级。相较现有方法,气相沉积凝固法能同时达到较快蒸发和沉积速度,但最主要的缺点仍是制造成本相当高,导致市场无法接受。全球薄膜电池厂商产品与规格比较表,如表1所示。

 
    有别于传统固态电池制造方法,较新颖的可挠曲薄膜电池制造技术,从设计层面来看,新可挠曲薄膜电池拥有固态电池超薄厚度的特性,还可提供电池耐挠曲功能,具高安全性、高容量密度等特色。拓志光机电透过专利技术,能使电池表现像液态电池一样,并且没有安全问题,另外,核心技术是利用碳酸酯类化合物高黏度溶剂,如图1化学式1所示。
 
图1 化学式1为利用碳酸酯类化合物高黏度溶剂的核心技术;化学式2则表示低黏度内酯类化合物溶剂搭配使用。
 
     此外,与低黏度内酯类化合物溶剂搭配使用的化学式,则如图1化学式2所示。而低黏度内酯类化合物溶剂,均取自电解液原料,于制造电极组时,皆透过自制高精度贴合设备,并以上述溶剂配方做为贴合用胶水组装电池芯,藉此省略现有须以堆叠机或卷绕机堆叠、卷绕电极与隔离膜之工序,达到现有电极组制造工序简化,进而降低其制造成本。另外,新型可挠曲电池制造技术并不依赖溅射和蒸镀技术,而是利用卷对卷(Roll To Roll)方式,实现大量生产以获得高利润。
 
薄膜电池提供电力来源 智慧卡/RFID应用功能大增
 
    薄膜电池应用市场相当广泛,如交通运输用悠游卡片、安全机制用识别器、无线通讯用传输器、金融交易用智慧卡、电子钱包、电子货架标签、美容医疗用贴布、健康照护系统、穿戴式装置及物联网所需低耗能装置等。
 
    然而,网际网路交易活络的今日,交易安全性仍是大家关心的重点。经由Powered Smart Card技术提升,可确保信用卡付款作业的安全性及可靠性。举例来说,透过此技术,可提供使用者身份鉴别功能,确保电子商务交易资料安全,势必可增进消费者对电子商务交易环境的信心,从而助长电子商务的发展。
 
    无线射频辨识系统(RFID)标签亦可透过内置电池,提供射频讯号、医药/保健、零售供应链、消费性产品、邮务、制造业零件、文件归档、军事、货架标签、车辆及汽车遥控器管理与追踪,可有效降低人力成本提高管理效益。
 
穿戴式市场热 可挠曲薄膜电池潜力佳
 
    此外,可挠曲电池应用于穿戴式装置更是备受期待;根据工研院IEK穿戴式装置技术与市场趋势报告指出,穿戴式装置市场成长阶段大致分为三阶段:2013∼2015年的“摸索期”,会出现一波大量产业投入,将造成的高度成长;2016∼2017年的“停滞期”,厂商将开始思考消费者的真正需求,并开始建立标准化平台架构;2018年后的“稳定成长期”,市场上开始出现第二代穿戴式装置产品,预计2020年后,市场将开始高速成长。
 
    由此可见,穿戴式装置市场成长潜力极佳,依据上述三个阶段发展,工研院IEK评估,穿戴式装置的出货量,可望在2018年达到一亿九千一百二十万台,市场规模上看205亿5,000万美元。受惠于上述各项应用领域快速成长,大厂相继投入、智慧装置供应链完善、应用环境成熟及智慧手机市场已趋饱和,以及产业需要新的动能,因此在百家齐放的状况下,可挠曲薄膜电池需求将呈现爆发性的成长。
 
高精度自动设备提高电池制造可靠度
 
    以目前的技术发展情况来看,薄膜电池不可能达到与钮扣型电池在价格上相互竞争的优势,且不管在任何情况下,大部分小型电池制造商都不希望焦点落在价格竞争,因为现阶段很难在价格上具有优势。因此,每家公司都有自己的策略,避免落入价格竞争的劣势,转而以电池特色突显优势。
 
    不过,薄膜电池会面临到的第一种挑战是须改善电池性能,因应此局势,厂商可以增加或优化的方式,提升电池电量使寿命更长,此为不压缩价格,且提高产品价值的策略;另一策略是走高单价路线,其价格就不是主要问题,也与钮扣型电池不在同一平面上相互竞争,但这也意味应用市场将朝向医疗或军事目的。
 
    接着,第二种挑战是透过高精度自动化设备,结合管控与资料撷取(SCADA)系统及制造资讯系统(MES),有效进行生产制程数据采集、分析及监控。除可管控电池品质外,还能进行智慧数据分析,即时提供生产作业问题改善,朝智慧型工厂迈进。
 
    由前述所提各项应用市场发展观察,基于低能耗、薄型化、物联网及穿戴装置需求等因素持续发酵,预期薄膜电池市场将持续发烧,而在电子产品逐渐朝向轻薄化设计、电池高容量化趋势发展下,预估薄膜电池不久将会有爆发性的成长。

关键字:可弯曲  薄膜电池

编辑:chenyy 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/2015/0202/article_25541.html
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