在傳統能源枯竭與追求永續發展的壓力之下，發展新能源已成為各國政府施政重點，而發展電動車更是重頭戲，因此以鋰電池為動力的汽車成為國際競爭的焦點。2008年9月，世界知名股神巴菲特看中電動車的未來市場，出手約新台幣75億元，買下中國最大電池製造廠商，也是電動車龍頭比亞迪9•89％的股份，目前帳面投資收益，獲利率竟高達500％！
中央大學化學工程與材料工程系費定國說，鋰離子電池儲能裝置效能高，許多應用已經取代鉛酸和鎳氫電池。目前與現代生活密切相關的3C產品，如數位相機、手機等，使用的是低功率的鋰電池；電動車則需要高功率的鋰電池，而且必須符合價格便宜，功能良好，使用安全之條件。
發展高功率鋰電池 啟動電動車新未來
費定國說，電動車發展之成敗關鍵在於「電池」，一台造價不斐的電動車，電池就占了將近一半成本，而電池之系統種類取決於陰極材料。目前適用於發展電動車之鋰電池陰極材料主要有三種：錳酸鋰(LiMn2O4)，鎳鈷錳酸鋰(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)，與磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)，其中以磷酸亞鐵鋰屬綠色能源材料，最具應用潛力，因它具有放電功率大、循環壽命長、使用安全佳、充電時間短、原料成本低等優點，非常符合車用電池的要求。不過此材料之缺點為電子導電度差、粉體振實密度低、鋰離子擴散慢、與量產批次再現性低等問題，造成磷酸亞鐵鋰粉體量產困難，售價居高不下，導致應用瓶頸。目前台灣雖已有數家廠商可量產，但批次再現性仍低，且粉體振實密度不夠高，造成電池芯極片製作之困難。因此若要提高此材料之競爭性與商業價值，必須開發磷酸亞鐵鋰新專利製程，除要克服上述缺點外，還要物美價廉，符合電動車之嚴格要求。有鑒於此，一群中大學生在費定國熱心指導及中大育成中心扶導協助下，創業成立倍特利能源科技股份有限公司，從事電動車用高品質多元系磷酸亞鐵鋰粉體生產。
近年來，費定國在開發磷酸亞鐵鋰新專利製程方面，尤其是高功率多元系陰極材料，不遺餘力，目前已擁有多項製程放大技術，具有量產水準。且在性能上能各別達到高電容量(145-165 mAh/g)、高振實密度(1.1-1.3 g/cm3)、高功率放電(20 C-30 C)、以及長循環壽命(>500次)等要求。在開發製程中，費定國首先發現塗佈於磷酸亞鐵鋰材料表面之碳，同時具有「結晶型」及「不定型」結構，若所塗佈之碳具有規則性晶格排列於磷酸亞鐵鋰表面，則將有助於材料導電度及電池性能之提升；此外，他也嘗試使用各種碳源塗佈及金屬摻雜技術，改善了材料電子導電度低與鋰離子擴散速度慢等缺點，達到上述性能上所列幾項要求，非常適合於動力工具與電動車應用。
目前在節能減碳之時代潮流下，各國國際大廠皆積極開發磷酸亞鐵鋰電池產品，例如中國比亞迪公司今年初宣布將在美國推出最先進的5人座電動轎車「E6」，售價高達4萬美元以上，試圖搶攻高價市場。此外，比亞迪也吸引到福斯汽車(Volkswagen)的關注，於5月底雙方簽署合作備忘錄，針對電動車技術、磷酸亞鐵鋰電池等部分進行合作，搶攻大陸市場。美國通用汽車與奇異正共同開發磷酸亞鐵鋰電池模組，全球工具機大廠Black & Decker以及Bosch也推出磷酸亞鐵鋰電池電動工具。未來插座油電混合車(PHEV)、電動車、中大型工具機等，都將朝向使用磷酸亞鐵鋰電池系統聚集。
展望未來 鋰金屬陽極材料仍是最終發展目標
當今磷酸亞鐵鋰電池是相當熱門的研究主題，有許多課題仍需要突破，包括電池高溫與安全問題，電池管理系統問題，以及電池模組兼顧高輸出功率與高儲電量的技術問題。費定國目前著重於電動車用高功率多元系陰極材料之製程開發，目前已擁有多項製程放大技術，可供國內產業發展應用。
目前的科技研發環境皆追求急功近利，但有些研發工作需要團隊長期投注，才見應用成效，例如：以鋰金屬為陽極材料的鋰二次電池系統，是人類發展高能量密度電池之終極目標。費定國指出，拉開化學元素週期表，第一個金屬就是鋰，原子序3，在金屬中最輕，電化學當量最高，是高能量密度電池中電容量最高之金屬陽極材料，但缺點是鋰金屬化性太強，容易起火爆炸，不易操作。尤其1988年加拿大Moli Energy公司的鋰二次電池爆炸事件，導致該公司破產，各國鋰電池產業引以為戒！因而朝鋰離子電池系統發展，但人類面臨嚴峻之能源與環境挑戰，新的需求促使人類要發展新的電池系統。
鋰離子電池對台灣的電子及車輛產業發展之影響力，與日俱增，經濟價值很高，鋰電池研究領域範圍廣闊，錯縱複雜，歷經半個世紀，各國產官學研人員提出各種課題，層出不窮，至今仍方興未艾。台灣資源有限，費定國建議無論人力與物力皆應集中運用，最佳方式可透過鋰電池國家實驗室之專業團隊，有計畫地長期執行各種大型前瞻性計畫，其研發成果可由學研界同儕評審及產業界應用驗證，目前工研院材化所鋰電池組之成員，可作為未來鋰電池國家實驗室之基幹，並擴大規模，讓台灣鋰電池產業永續發展。
文/古明芳
【轉載文章，請註明來源：中央大學新聞網http://www.ncu.edu.tw/news/】
中央大學化學工程與材料工程系費定國說，鋰離子電池儲能裝置效能高，許多應用已經取代鉛酸和鎳氫電池。目前與現代生活密切相關的3C產品，如數位相機、手機等，使用的是低功率的鋰電池；電動車則需要高功率的鋰電池，而且必須符合價格便宜，功能良好，使用安全之條件。
發展高功率鋰電池 啟動電動車新未來
費定國說，電動車發展之成敗關鍵在於「電池」，一台造價不斐的電動車，電池就占了將近一半成本，而電池之系統種類取決於陰極材料。目前適用於發展電動車之鋰電池陰極材料主要有三種：錳酸鋰(LiMn2O4)，鎳鈷錳酸鋰(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)，與磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)，其中以磷酸亞鐵鋰屬綠色能源材料，最具應用潛力，因它具有放電功率大、循環壽命長、使用安全佳、充電時間短、原料成本低等優點，非常符合車用電池的要求。不過此材料之缺點為電子導電度差、粉體振實密度低、鋰離子擴散慢、與量產批次再現性低等問題，造成磷酸亞鐵鋰粉體量產困難，售價居高不下，導致應用瓶頸。目前台灣雖已有數家廠商可量產，但批次再現性仍低，且粉體振實密度不夠高，造成電池芯極片製作之困難。因此若要提高此材料之競爭性與商業價值，必須開發磷酸亞鐵鋰新專利製程，除要克服上述缺點外，還要物美價廉，符合電動車之嚴格要求。有鑒於此，一群中大學生在費定國熱心指導及中大育成中心扶導協助下，創業成立倍特利能源科技股份有限公司，從事電動車用高品質多元系磷酸亞鐵鋰粉體生產。
近年來，費定國在開發磷酸亞鐵鋰新專利製程方面，尤其是高功率多元系陰極材料，不遺餘力，目前已擁有多項製程放大技術，具有量產水準。且在性能上能各別達到高電容量(145-165 mAh/g)、高振實密度(1.1-1.3 g/cm3)、高功率放電(20 C-30 C)、以及長循環壽命(>500次)等要求。在開發製程中，費定國首先發現塗佈於磷酸亞鐵鋰材料表面之碳，同時具有「結晶型」及「不定型」結構，若所塗佈之碳具有規則性晶格排列於磷酸亞鐵鋰表面，則將有助於材料導電度及電池性能之提升；此外，他也嘗試使用各種碳源塗佈及金屬摻雜技術，改善了材料電子導電度低與鋰離子擴散速度慢等缺點，達到上述性能上所列幾項要求，非常適合於動力工具與電動車應用。
目前在節能減碳之時代潮流下，各國國際大廠皆積極開發磷酸亞鐵鋰電池產品，例如中國比亞迪公司今年初宣布將在美國推出最先進的5人座電動轎車「E6」，售價高達4萬美元以上，試圖搶攻高價市場。此外，比亞迪也吸引到福斯汽車(Volkswagen)的關注，於5月底雙方簽署合作備忘錄，針對電動車技術、磷酸亞鐵鋰電池等部分進行合作，搶攻大陸市場。美國通用汽車與奇異正共同開發磷酸亞鐵鋰電池模組，全球工具機大廠Black & Decker以及Bosch也推出磷酸亞鐵鋰電池電動工具。未來插座油電混合車(PHEV)、電動車、中大型工具機等，都將朝向使用磷酸亞鐵鋰電池系統聚集。
展望未來 鋰金屬陽極材料仍是最終發展目標
當今磷酸亞鐵鋰電池是相當熱門的研究主題，有許多課題仍需要突破，包括電池高溫與安全問題，電池管理系統問題，以及電池模組兼顧高輸出功率與高儲電量的技術問題。費定國目前著重於電動車用高功率多元系陰極材料之製程開發，目前已擁有多項製程放大技術，可供國內產業發展應用。
目前的科技研發環境皆追求急功近利，但有些研發工作需要團隊長期投注，才見應用成效，例如：以鋰金屬為陽極材料的鋰二次電池系統，是人類發展高能量密度電池之終極目標。費定國指出，拉開化學元素週期表，第一個金屬就是鋰，原子序3，在金屬中最輕，電化學當量最高，是高能量密度電池中電容量最高之金屬陽極材料，但缺點是鋰金屬化性太強，容易起火爆炸，不易操作。尤其1988年加拿大Moli Energy公司的鋰二次電池爆炸事件，導致該公司破產，各國鋰電池產業引以為戒！因而朝鋰離子電池系統發展，但人類面臨嚴峻之能源與環境挑戰，新的需求促使人類要發展新的電池系統。
鋰離子電池對台灣的電子及車輛產業發展之影響力，與日俱增，經濟價值很高，鋰電池研究領域範圍廣闊，錯縱複雜，歷經半個世紀，各國產官學研人員提出各種課題，層出不窮，至今仍方興未艾。台灣資源有限，費定國建議無論人力與物力皆應集中運用，最佳方式可透過鋰電池國家實驗室之專業團隊，有計畫地長期執行各種大型前瞻性計畫，其研發成果可由學研界同儕評審及產業界應用驗證，目前工研院材化所鋰電池組之成員，可作為未來鋰電池國家實驗室之基幹，並擴大規模，讓台灣鋰電池產業永續發展。
文/古明芳
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