鋰電池廠空調技術應用

—智能事業群 益鼎 機械部 吳銘福工程師

隨著全球科技產業快速成長，對3C產品的需求日增，鋰離子電池作為其主要動力來源，其重要性不言而喻。然而，鋰電池對製造過程中的污染非常敏感，空氣中的粉塵、金屬顆粒與水分等形式的污染，皆會導致成品出現嚴重缺陷，甚至引發燃燒爆炸。

為避免上述問題，鋰電池製造商不僅需持續提升技術水準以確保產品品質，同時也需因應生產環境中更嚴格的製程條件，尤其三項關鍵參數：粉塵、金屬顆粒與水分，即對潔淨度與濕度的嚴格控制。如何在極短的時間內建構符合先進製程需求的乾燥無塵空間，是工程團隊面臨的最大挑戰。

本文特別分享中鼎集團智能事業群旗下益鼎，如何透過空調技術的設計與應用，滿足鋰電池製程所需的極低濕度與潔淨條件，協助客戶達成提高產品良率、生產效率與營運安全的目標。

鋰電池的生產製造流程

鋰電池的製造流程可區分為三大主要生產區域，分別為極片生產區、組裝生產區與化成區，其各自負責不同的製造環節，構成完整的鋰電池生產鏈。

1.極片生產區
本階段主要進行正、負極材料的處理。正極材料（例如三元材料或磷酸鐵鋰）與負極材料（如石墨）分別塗佈於鋁箔與銅箔上，並經過烘烤、滾壓、裁切等步驟形成極片。接著將正負極片與隔離膜結合，進行捲繞形成電芯的雛形。

2.組裝生產區
捲繞後的電芯會被裝入金屬外殼中，接著進行極點焊接、電解液注入、封裝、清洗及套膜等作業，最終形成完整電池單體。在此階段，防塵與防爆的設計尤為重要，特別是電解液的處理環節，必須謹慎對待。

3.化成區
封裝完成的電池須進行首次充放電（化成）作業，該過程以小電流進行，目的在於活化電芯並穩定內部化學反應。此程序通常需持續數日，並要求穩定的溫度環境。

鋰電池廠房空調系統技術應用

鋰電池的製造過程，高度依賴精密的空調控制系統，以維持生產環境的潔淨度與濕度穩定性。尤其在極片與組裝區域中，微量水分與金屬顆粒皆可能造成電池短路或品質瑕疵，嚴重影響生產良率與產品安全。

1.極片生產區空調技術
由於正極材料的處理需在露點溫度-30℃至-50℃的極度乾燥環境下進行，因此需建構高效能除濕空調系統，以下分享案例，同時考量成本與效益採用MAU+AHU兩段式除濕系統：

• 第一段：化學轉輪除濕新風空調箱（DH MAU）
使用矽膠為吸濕劑之化學轉輪，將引入的新鮮外氣進行化學乾燥，除溼至露點約-20℃（此溫度僅供參考，MAU可以設計露點溫度-60℃，應依當地氣候分析出風露點溫度與能源消耗之最佳設計），並藉由高溫再生風實施熱回收機制，提高能源使用效率。

• 第二段：化學轉輪循環空調箱（DH AHU）
再次與室內回風混合後，經由分子篩轉輪進行二次深度除濕，進一步將露點降低至 -60℃以下，確保室內空氣濕度維持在極低水準。此外，需搭配極低濕露點感測器與風量調整系統，以即時監控與穩定送風，確保生產環境的乾燥度與潔淨度達標，並輔以極低濕露點溫度感測器，即時調控送風量，維持穩定環境。

在除濕轉輪空調系統（DH-AHU）中，中鼎集團引入一項節能設計，將轉輪後段再細分為一個「Energy Saving區」（如下圖）。該區域位於高溫乾燥再生區之後，此時轉輪表面仍處於高溫狀態。透過將部分AHU排出的空氣旁通至Energy Saving區，回收該區轉輪殘留的高溫能量，重新導入至再生區（Reactivation Zone），以減少該區所需的加熱負荷。

此外，透過此熱能回收機制，也可使化學轉輪預先降溫，有效降低其進入除濕區前的溫度。轉輪溫度下降後，後續DH-AHU系統所需的冰水冷卻量亦隨之減少，從而降低冰水盤管的能耗。該節能設計不僅減少再生區的熱源需求，同時也降低了維持室內溫度所需的冷凍能力，整體提升系統能源使用效率，達到雙重節能的效果。

2.粉塵與金屬顆粒控制
在極片區的滾壓、分條與捲繞等機械作業中，常伴隨大量微小粉塵與金屬屑產生。為降低污染風險並提升機台壽命與工作人員安全，應輔以空氣過濾系統（HEPA等級）、粉塵排氣設備、真空清潔系統、製程設備隔離罩設計，以預防微粒進入極片，避免導電異物造成電池性能下降或潛在安全風險。

3.組裝生產區空調技術
組裝區涉及電解液注入與封裝，該過程中電解液屬於高揮發性與易燃性液體，對環境安全提出高度要求。因此，空調系統除需維持適度乾燥與潔淨之外，亦需兼顧以下功能，包含：微環境控制（Mini-Environment），可局部控制區域濕度與潔淨度，提升管理效率與節能效果；換氣系統設計，以防止電解液氣體累積，提高空氣流通性；防爆、防火機制，如設置偵煙器、防爆燈具與緊急排風裝置等，分享之案例微環境（Mini-Environment）採用密閉全覆蓋形式可更有效控制生產的濕度、潔淨度與安全性。

4.化成生產區空調技術
電池進入化成區前已完成封蓋清洗作業，故環境的粉塵已不會影響電池品質，此階段為鋰電池首次充放電階段，過程中電芯會釋放熱能，因此空調系統的主要目標在於穩定溫度控制，一般控制設定於±2℃~±3℃。以中鼎集團2023年三元能源科技鋰電池新建案為例，空調系統依據電芯放熱特性進行優化設計，包含：提升送風量以增加熱交換效率；控制溫度上下限以穩定充放電反應。

鋰電池工程的趨勢與展望

台灣地處潮濕亞熱帶氣候，鋰電池生產對於乾燥與潔淨條件要求極高，因此在設計鋰電池廠房空調系統時，必須更重視節能與環境永續的平衡。

目前鋰電生產市場，逐步導入多項創新空調技術，包含：高效能轉輪式除濕模組、再生熱回收系統、智慧控制與即時能源監控平台，不僅可有效降低空調用電成本，亦能協助工廠取得國際認證，如LEED綠建築標章等，進一步提升企業形象與國際競爭力。

本文所探討之鋰電池廠房空調技術，於2023年成功應用於三元能源科技於台灣的新建廠案，該專案於節能設計方面展現高度創新與整合，採用陶瓷軸承冰水主機、一次變流量冰水系統、冬季全外氣自然冷卻機制，並結合製程熱排系統進行熱能回收，大幅提升能源使用效率，並榮獲LEED黃金級綠建築認證。該專案展現出穩定且高效的環境控制能力，有效保障生產良率與產品品質，同時實踐節能減碳目標。

面對鋰電池產業持續成長與環保法規日益嚴格的趨勢，空調技術將不再僅僅是基礎設施的一環，更將成為提升產品價值與企業永續發展的重要利器。未來，中鼎集團將持續透過新技術的導入與應用，攜手業主共同打造更加智慧、穩定與節能的鋰電池生產環境。