電極塗層的接著強度

不起眼的測量，卻對電池的未來影響深遠

無論是在電動車、智慧型手機，還是地下室的太陽能電池中 — 電池已成為我們日常生活中不可或缺的一部分。但要如何確保這些儲能裝置具備可靠性、耐用性與安全性呢？電極塗層的附著強度常被低估，卻扮演著至關重要的角色。

為什麼接著強度如此重要？

在目前主流的鋰離子電池中，電極由活性材料構成，這些材料會塗佈在金屬箔片上（陽極使用銅箔，陰極使用鋁箔）。這些塗層必須具有持久且牢固的附著力，因為在充放電過程中會產生機械應力：材料會膨脹、收縮，並承受熱應力。

如果接著力不足，塗層可能會脫落，導致功率損失、容量下降，甚至在最嚴重的情況下發生短路。因此，接著力測試不僅有助於確保品質，還能預防潛在的安全風險。

那麼，接著強度是如何測試的呢？

在實務中，已有兩種測試方法被廣泛採用：

1.剝離測試：
將膠帶貼附在塗層表面，並以特定角度（通常為 90 度或 180 度）撕除。所需的剝離力可用來判斷塗層的接著強度。這種方法簡單且快速，但也容易受到操作人員影響。

2.Z 方向拉伸測試：
將膠帶垂直於表面方向（即 Z 方向）撕除。這種方法具有更高的重複性，對角度的依賴較小，特別適合用於研究與品質控制。現代化設備甚至能同時測試多個試樣。
兩種方法各有優勢 — 製造商通常會結合使用，以更全面地評估接著品質。

哪些因素會影響測試結果？

就像許多情況一樣，魔鬼藏在細節裡。即使是試樣製備中的微小偏差，也可能導致結果不準確：

清潔度與對中性：殘留物或貼合不均會影響接著力。
膠帶品質：厚度、成分或接著力的差異都可能改變測試數值。
環境條件：溫度與濕度同樣會產生影響。因此，測試應盡可能在恆定條件下進行 — 某些情況下甚至需要在保護氣氛中進行。

實務挑戰

核心問題：目前針對電池的接著力測試仍缺乏統一的標準。雖然像膠黏劑產業等其他領域已有成熟的標準可供參考，但電池技術往往缺乏具約束力的指引。不同製造商採用不同的測試方法，導致結果難以比較。

在試樣製備方面也仍有優化空間。例如，自動化工具可實現標準化對中流程，有助於提升重複性，特別是在大量生產的情境下。

Bond Strength Testing of Active Material Coatings and Electrodes

新技術，新需求

隨著電池技術的進步，對接著力的需求也在提升：

固態電池：它們不使用液態電解質，這改變了電池內部的負載平衡。因此，電池層與層之間需要特別穩定的連接。
矽陽極：在充電過程中，其體積可能膨脹高達 300% —— 對任何塗層而言都是一場真正的壓力測試。若接著力不足，將有脫層風險，進而導致電池單體失效。

在開發階段進行早期接著力測試，有助於在問題發生前就加以識別與解決。

邁向標準與最佳實務

在尚未有全球統一標準的情況下，製造商需自行建立內部標準與清晰的流程：這包含了：

統一的試樣製備流程
使用相同的接著材料
在穩定的環境條件下進行測試

同時，許多企業與測試設備製造商正攜手合作，開發可靠的測試規範 —— 這是邁向產業層級可比性與品質保證的重要一步。

總結：小小的測試，大大的影響

測量電極塗層的接著強度，乍看之下可能只是個小細節，但實際上對現代電池的安全性、效率與使用壽命有著深遠的影響。

隨著新型電池化學材料與結構設計的日益普及，這項測試變得更加重要。從 Z-方向拉伸測試到機械、熱與電性測量的整合，測試技術的進步正有助於更全面地描繪電極在實際條件下的行為。

此處訊息非常明確：掌握接著力，就等於掌握電池 — 無論是現在還是未來。

關於作者：

Aleksander Koprivc

汽車電氣化業務開發經理

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Aleksander Koprivc 在 ZwickRoell 擁有超過 20 年的國際管理經驗，並曾擔任多個重要職位。他畢業於卡爾斯魯厄，擁有機械工程學位，並取得機電整合工程學士（B. Eng.）以及國際管理碩士（MBA）學位。他最初在德國與法國擔任應用工程師，累積了第一線的專業經驗。在 ZwickRoell，他曾負責法國與西班牙的銷售管理工作，並擔任兩地子公司的總經理。目前，他擔任汽車電氣化部門的業務開發經理。在此之前，他曾擔任多年汽車產業的產業經理。

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