Q： coin cell 的製程簡介
A：
[ 材料準備 ]
1. 活性物質材料
正極粉體：如
LCO (LiCoO2)
NMC (LiNiMnCoO2, NiMnCo 比例為 111,532,442, 811)
NCA (LiNiCoAlO2)
LMO (LiMn2O4)
LFP (LiFePO4)
負極粉體：如
AG (人造石墨)
NG (天然石墨)
MCMB
LTO (Li4Ti5O12)
2. 助導劑：如 Super-P, ECP, VGCF, CNT, AB, CB, KS-6, KS-4
3. 黏結劑：
PVDF
CMC/SBR
4. 溶劑：
NMP (for PVDF)
H2O (for CMC/SBR)
5. 基材：
Al foil (for cathode material)
Cu foil (for anode material)
6. 隔離膜：
Celgard 2400 (PP)
Celgard 2325 (PP/PE/PP)
或其他穿刺強度高的隔離膜
7. 電解液：
客製化電解液配方
溶劑為 EC, PC, DEC, DMC, EMC 的組合
溶質為 LiPF6, LiClO4, LiBF3..., 以 LiPF6 較常使用
8. 鋰金屬：
鋰金屬圓片或是鋰金屬帶
9. coin cell 組件：
CR2032 組件
CR2016 組件
[ 設備準備 ]
1. 混漿機：行星式球磨機、攪拌機、均質機、3D混和機
2. 塗佈機：桌上型塗佈機、連續式塗佈機、刮刀
3. 碾壓機
4. 極片製作機：極片製片模具、隔離膜製片模具
5. 真空烘箱
6. 低水環境：手套箱、氮袋、乾燥室 (DP < 30度或 HR < 2%)
7. 壓合機
8. 充放電機等測試設備
[ 製程說明 ]
1. 配製 PVDF/NMP 溶液：
可以事先調製 PVDF/NMP 溶液，而不必每次組裝前配製
因為 NMP 非常容易吸收水分，而水會造成漿料品質低劣
因此配製環境最好避免讓溶液持續暴露於一般空調環境
可以在乾燥空氣、氮氣或是密閉的瓶中進行 PVDF/NMP 的攪拌
1-1 PVDF/NMP 的濃度：不同的 PVDF 調配的濃度也不一樣
一般在 5%-8% 的範圍內較易操作
1-2 量秤 NMP 於 PP 或燒杯中，量少時內部放置磁轉子
轉動磁轉子 (或是量大時採用攪拌機) 的狀態下，
緩慢加入 PVDF 白色粉末 (瞬間大量加入會結塊，難以分散)
1-3 加入全部的 PVDF 後，蓋上 PP 廣口瓶蓋，持續轉動磁轉子
(量大時，攪拌機持續轉動)
1-4 當溶液澄清時，並不代表已經分散完成，最好是在密閉狀態下
轉動 4-12小時
1-5 分散後的 PVDF/NMP 溶液，需避免接觸空氣中的水氣
在密閉的瓶中，可以放置一段時間
1-6 如果混和的溶液是紅褐色，表示 PVDF與NMP 產生反應
製作之電池性能稍差
2. 粉體混和：
2-1 將活性物質加上助導劑(也可混和幾種不同的助導劑)，先進行
粉體的預混和，非常小量時可用研缽研磨，量稍多時可用 3D混和機
或是球磨機低速混和，此步驟並不是太重要
2-2 NMC 或是 NCA, LFP 等較易吸水的粉體，可以將混和後的乾粉以
真空烘箱烘乾，去除水分 (120C-170C 約 2-12 hr,視真空度而變)
3. 漿料配製：
3-1 秤取適量之 PVDF/NMP 溶液，並額外加入 NMP後，將烘乾後的
粉體倒入溶液中
3-2 極少量樣品：以瑪瑙研缽在低水環境下研磨、混合，時間約為
20 分鐘至 100 分鐘
量稍多狀況：在球磨罐中加入適量的瑪瑙或是鋯球，以球磨機
或是 3D 混合機進行混合
大量漿料：以球磨機或是行星式攪拌機，或是均質機進行分散
3-3 分散後的漿料，黏度約為 3000cps-8000cps 之間較易操作
其流動性約與調稀後的油漆相近，為可均勻流動的液體
3-4 配方：因粉體的導電性及比表面積不同，因此需個別調適
如果重點是測試活性物質的克電容量，則可以多加助導劑
例如 正極可以加入 10% super-P
負極一般不加助導劑，或是可以加上 1%-2% VGCF
或是加上 1%-3% 的 super-P
而 LTO 則需更多的助導劑才可
黏結劑的用量則可慢慢增加，塗佈及碾壓後，
極板對折不掉粉或少量掉粉即可
4. 漿料品質好壞的判斷：
4-1 漿料不可成為膠狀，如果是膠狀的漿料，測試結果應該不佳
4-2 漿料為均勻的漿狀物，不可有部分結塊
4-3 漿料靜置後不可上下分層，否則為分散不均
4-4 塗佈後的極板可以用 SEM 觀察，助導劑及黏結劑需均勻分散，
如果助導劑團聚而非在活性物質表面，則極板導電性不佳，
如果黏結劑團聚而非均勻分佈，則極板黏著性不佳
如果活性物質被磨碎或打碎，則電池壽命及安全性不佳
因此並不是研磨的轉速越高越好，而需視粉體性質而變
可以用 SEM-EDX 判斷哪裡是助導劑、黏結劑及活性物質
4-5 漿料量大時，混漿後上下左右等不同位置的漿料密度需一致
5. 塗佈:
5-1 少量樣品時，以桌上型塗佈機搭配刮刀進行塗佈
5-2 塗佈厚度：烘乾後單面的極版厚度約為 70-120um
5-3 塗佈後，極片在塗佈機上以紅外線燈烘乾，
或是取下極板以烘箱烘乾
溫度約為60-90C, 視真空或風量大小而變
極板移動時，如果漿料流動性大，則烘乾後厚度變異大，需避免
5-4 正極漿料塗佈於鋁箔，負極漿料塗佈於銅箔
商用的鋁箔厚度多為 12-20um, 以 15um 最多
商用的銅箔厚度多為 7-12um, 以 10um 最多
5-5 經費不足時，可先購買刮刀，以手動塗佈
6. 碾壓：
6-1 極板必須碾壓，否則導電性不佳，會因阻值高而降低克電容量
6-2 正極的壓實密度，LCO 約為 3.3-3.9 g/cm3
NMC 約為 3.0-3.5 g/cm3
LFP 約為 1.5-2.2g/cm3
負極的壓實密度，石墨約為 1.1-1.5g/cm3
MCMB 約為 1.3-1.7g/cm3
但是因為碾壓機的等級不同，因此單價較低的桌上型碾壓機
壓實密度會較低
6-3 壓實密度：不包括銅箔或鋁箔的粉體密度
7. 極板切片：
7-1 以極片製作機切下固定面積的圓片，並秤重
7-2 如果要組成全電池，則正極極片面積需完全被負極覆蓋
因此負極極片的直徑要大於正極極片直徑
且組裝時，正極需被負極完全覆蓋
7-3 圓切後的極片，需避免有毛刺，否則刺穿隔離膜會造成電池失效
8. 極片烘乾：
8-1 極片可置於玻璃樣品瓶中，再放入真空烘箱烘乾
正極可以在 100度-120度烘乾
負極可以在 60度-100度烘乾
由於負極的銅箔在空氣中加熱會氧化，影響測試數據
因此最好是在真空或是氮氣/真空下加熱，且開啟烘箱前需降溫
8-2 最好是極片烘乾後，在手套箱或是乾燥室內秤重，
再去計算極片中的活物重，以免因極片吸水造成些微誤差
若可接受此誤差，則烘乾前秤重即可
9. coin cell 組裝
9-1 組裝環境需在 DP < 30度之乾燥空氣，或是 Ar 環境下進行
(如果是組 正負極/鋰金屬的半電池，則不可在純氮氣環境下)
9-2 取出壓合機下模具，並放上 coin cell 下蓋
將活物極片置入 coin cell 下蓋內並置中 (組件需為不鏽鋼材質)
極片亦可先泡入電解液再取出，放入 coin cell
9-3 放入充切後適當大小的隔離膜，隔離膜需隔離正極及負極
隔離膜可先浸泡於樣品瓶中的電解液，再放入 coin cell 中
9-4 滴入約 2-3 滴電解液於隔離膜上
此時極板需完全潤濕
9-5 鋰金屬黏於墊片上，並放在隔離膜上
鋰金屬需完全覆蓋活性物質之極板
如果是組裝 [正極/隔膜/負極]的全電池，則負極需覆蓋正極
9-6 於墊片上放上簧片，再放上 coin cell 上蓋以及上模具
9-7 組裝過程中，正負極片不可短路，否則電池易失效
9-8 以壓合機壓合，壓合過程中正負極不可有短路
(部分設備設計不當，則會在壓合過程中短暫的短路)
9-9 取出 coin cell
9-10 全部的 coin cell 完成後，取出模具，
以酒精或水清洗，清除流出之電解液
擦乾模具後烘乾以及上薄油保護模具
10. 測試
10-1 以充放電機進行電容量、壽命測試
10-2 LCO/Li 約為 4.2V-2.8V 間充放
NMC/Li 約為 4.2V or 4.4V-2.8 V 間充放
LFP/Li 約為 3.8V-2.0V 間充放
C/Li 約為 0.01V-1.4V 間充放
LCO/C 約為 4.25V-2.85V間充放
10-3 正極充電為定電流加上定電壓充電
定電流的截止條件為電壓達設定值 (如 4.2V)
定電壓的截止條件為電流值為充電電流的 1/20
正極放電的截止條件為電壓下限值
10-4 負極充電為定電流充電
定電流的截止條件為電壓達設定值 (如 1.4V)
負極放電為定電流放電
定電流放電的截止條件為電壓達設定值 (如 0.01V)
10-5 充完電或放完電，可休息 10min 後進行下一個動作
