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長春化工 鋰電池銅箔奠定電動車電池龍頭地位

堅持到底的競爭力 深耕工業基礎技術 - 系列文章20
2019-12-10
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長春化工 鋰電池銅箔奠定電動車電池龍頭地位
(圖說: 92歲的長春集團總裁林書鴻(正中央)與其說是高階的企業領導者,更像是充滿熱情的研發狂熱者)
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隨著全球電動車產業進入蓬勃爆發期,長春化工研發出薄度僅有6微米的車用鋰電池銅箔,並受到全球國際大廠肯定,使其躍身成為全球最重要的電動車電池供應商。

「銅箔,是活的。」迎著金色的落日餘暉,92歲的長春集團總裁林書鴻中氣十足,談起車用鋰電池銅箔的研發生產過程,與其說是高階的企業領導者,更像是充滿熱情的研發狂熱者。

一塊銅必須歷經高溫熔融、電解粗化、合金處理、防銹處理、分條、裁切,才能得出薄如蟬翼,厚度僅有髮絲十分之一的鋰電池銅箔,在一連串精細又複雜的製程中,只要稍有疏漏就會前功盡棄,宛若新生兒一般嬌貴脆弱。

自1987年投入銅箔研發,長春集團所生產的鋰電池銅箔已打入全球前5大鋰電池供應商,成為全球最重要的電動車電池供應商之一;全球電動車龍頭特斯拉所出產的電動汽車中,每10台就有6台是採用長春的鋰電池銅箔。

一向被認為傳統保守的石化產業,如何透過創新研發、創造高價值及樹立品牌,打入全球最炙手可熱的能源電池產業供應鏈?圖說:春化工研發出薄度僅有6微米的車用鋰電池銅箔,並受到全球國際大廠肯定,使其躍身成為全球最重要的電動車電池供應商。(圖說:春化工研發出薄度僅有6微米的車用鋰電池銅箔,並受到全球國際大廠肯定,使其躍身成為全球最重要的電動車電池供應商。)

隨著產業趨勢,深耕技術研發

回顧長春集團70年來的發展,就像一部臺灣產業發展及轉型史。長春樹脂總經理蘇士光笑著說:「長春集團的產品,都是跟著臺灣經濟各階段發展所需而開發出來的,在一百多種產品中,大概有8成以上都是自行研發,只有專利限制或做不出來的技術,才會引進先進國家技術。」

透過研發與創新,不斷提高產品附加價值,是長春集團歷久彌新、持續創造佳績的核心競爭力。

隨著替代能源、環保趨勢而興起的電動車市場,使一向低調的長春集團,近年來屢屢吸引來自世界的注目,原因在於長春集團研發出的鋰電池銅箔,是電動車用鋰電池中關鍵的負極導電材料。

根據彭博新能源金融(Bloomberg New Energy Finance,BNEF)的分析預測,2022年電動車將比傳統汽車便宜,到了2040年,全球每年售出約1億輛新車中,將有35%是電動車。

「總裁常說,2025年純電動車數量預估會成長到現在的10倍,多出一千萬輛。」蘇士光表示。目前,全球僅有長春化工及少數幾家日本企業,能夠生產出符合大廠需求的特極銅箔,全球車用鋰電池的五大企業都是長春化工的客戶,目前全球市占率已上看三成。

不畏漏氣求進步,土法煉鋼磨出銅箔技術

當外界紛紛讚揚長春化工搶先競爭者切入新興市場,奠定霸主地位時,卻很少人知道,輝煌背後,是長達30年艱辛的技術扎根及摸索過程。

為什麼會開始研發鋰電池銅箔,其實要回到臺灣產業脈絡去找答案。長春化工總經理陳朝興表示,早在1968年,長春便與日本三菱集團共同投資,成立台豐印刷電路公司,這是臺灣第一家PCB廠。

所謂PCB(Printed Circuit Board),是指所有電子產品都必須使用以固定積體電路及其他電子元件的印刷電路板。蘇士光表示,當時長春已自行研發出PCB所需的酚醛樹脂、環氧樹脂及絕緣紙等主要材料,唯有做為導電用途的銅箔材料及技術,卻掌握在日本手中。

1980年代,由於市場供不應求,面對有訂單卻獨缺原料的窘境,長春集團決定自行研發銅箔技術。

隨著林書鴻一聲令下,長春集團的研發團隊便全力投入,但是面對過去從未做過的新產品,千頭萬緒中該如何開始?

「一開始就是土法煉鋼。」陳朝興回憶,當時研發團隊除了蒐集相關論文、專利資料,也去日本工廠取經及購買設備,「但是我們碰到很多問題,教科書根本不會寫,日本廠商也不會教你。」陳朝興說。

譬如:製造電解銅箔的電解液配方就是一大難題。陳朝興解釋,電解液已有基本配方,但是隨著運用產業所需的銅箔物性不同,便需要調整配方,這個過程全靠團隊自行研究實驗。

另一個難題在於專利之戰。身為市場後進者,研發團隊必須深入研究過去的專利技術,從中尋找可用技術,同時也要避開可能侵權的專利,光是過濾、驗證,就讓團隊吃盡苦頭。陳朝興說:「我們甚至研究早期鋁箔包的技術,希望從中找到參考方向。」

1988年,長春石化苗栗廠終於生產出首批銅箔,但卻不能稱得上研發成功。「那時候不知道如何評估,只知道產出的銅箔亮亮的很好看,但是品質分析卻根本不及格。」陳朝興苦笑地說,當時20台製箔機生產出來的銅箔,僅四台可用,而在這四台製箔機中,良品率僅有60%。

面對堆積如山的報廢品,研發團隊感受到巨大的壓力與挫折,接下來整整兩年的時間,全都是摸著石頭過河的痛苦摸索期。

「當時集團的鄭副總裁每週都來苗栗廠開會,看到這麼多不良品,心裡也很急,於是採取兩個對策。」陳朝興表示,除了內部持續檢討、改善製程,研發團隊也逆向思考,轉而從外部尋求突破,他們將長春自製的銅箔推銷給日本客戶,「就是給他們嫌,漏氣求進步!」陳朝興說。

果不其然,在日本客戶的挑剔及反饋中,研發團隊開始了解問題、解決問題,開發也逐漸上軌道,成功研發出符合需求的銅箔,透過自製大幅降低銅箔生產價格,進而帶動臺灣電子代工產業的興起,「長春算是有一點貢獻啦!」陳朝興謙虛地說。

圖說:長春研發團隊成功研發出符合需求的銅箔,透過自製大幅降低銅箔生產價格,進而帶動臺灣電子代工產業的興起。(圖說:長春研發團隊成功研發出符合需求的銅箔,透過自製大幅降低銅箔生產價格,進而帶動臺灣電子代工產業的興起。)

打進國際供應鏈,接受嚴格品管考驗

成功研發出銅箔,並不是終點,而是持續創新的起點。長春化工所生產的銅箔廣泛應用在電視、電腦、手機等消費性電子產業、資通訊及工具機等產品中,就連iPhone的電池也採用長春的銅箔。

30年來,長春化工的銅箔生產品質及厚度持續優化,從PCB常用的12〜15微米,一路研發出手機電池需要的8微米,以及電動車電池的6微米,目前甚至已經領先客戶,往薄度僅有5微米的銅箔邁進。

「為什麼日本、韓國的電池大廠都指名要長春?就是因為我們走得比較早,產能也穩定。」蘇士光分析,從早期PCB到當今興起的電動車鋰電池,長春已經可以取代日本,生產的銅箔不但品質有保障,成本更只要日本的三分之二,吸引了國際大廠的目光。

以特斯拉為例,陳朝興表示,當時特斯拉透過日本松下找上長春尋求合作,光檢核期就長達兩年,針對銅箔張度、強度、粗糙度進行測試之後,更要求將產品送到日本進行更嚴謹的評估。在過程中,客戶還要定期到工廠進行第一線的品質檢測及品管稽核。

之所以如此嚴謹,是因為能源電池產業所需的技術、投資、人力及品質管理門檻極高,在生產過程中,只要有個小小環節出錯,車輛就可能會起火、爆炸,甚至需要全面召回。因此,國際大廠在挑選供應商時,不只看產品品質、產能,同時也非常關注製程、品管及安全等全面性的管理流程。

系統化管理,無法被模仿的競爭力

可是,一卷8千米的銅箔,如何向客戶保證只要抽驗其中一片,其餘每一片銅箔都是相同的物性及品質?「老實說,客戶只能相信企業品牌及信譽。」蘇士光有感而發地說,想要做到這件事情,已經不只是技術的門檻,更重要的是系統化的管理。

所謂系統化管理,就是一點一滴的優化並確實執行每個環節,說起來簡單,但其實極為困難。

譬如:機台操作人員培訓、司機行車路徑、廠房安全及環境管理,上千萬個螺絲釘都必須被栓緊磨合,一天做好還不夠,而是每天都要做到完美。「被客戶要求久了,我們自己也變得很龜毛而不自知。」蘇士光笑著說。很多國家不缺技術、資金、人才,但唯有全面而繁複的管理原則及眉角,才是沒有人可以複製及模仿的Know-how。

蘇士光及陳朝興一致表示,銅箔未來的應用會更廣泛,除了量大穩定的PCB產業之外,電動車用鋰電池、5G通訊都是極被看好的領域。目前,長春化工正積極投入資金擴增產能,以滿足市場需求。

而長春也沒有停下創新的腳步,除了持續投入研發更薄、強度更高的銅箔之外,基礎的化學、材料研究,以及生產設備的改造、製程也要持續精進。

「新科技、材料、市場變化是很快速,還是要持續投入研發,若沒有提早布局,等到市場成熟時就來不及了。」蘇士光說。就像當年長春開始研發銅箔時,每年都要燒掉幾億資金,但是集團總裁林書鴻並沒有因為虧損而卻步,而是相信團隊、持續投入,最終才有如今的成就。

採訪尾聲,林書鴻總裁拿出一張閱讀日本三菱化學會社47年現場化工生產、保養及管理的實務經驗後,親自做出的重點摘要,這張摘要將在集團內發放並要求同仁研讀。

持續深耕技術、創新研發、優化製程、系統化管理,並將工廠每個細節打磨到最精確和諧的狀態,是從92歲的林書鴻身上,可以看見貫穿長春集團的創新及「頂真」的精神,隨著長春化工所生產的銅箔,輻射到世界各地,體現MIT製造的良品哲學。

圖說:唯有全面而繁複的管理原則及眉角,才是沒有人可以複製及模仿的Know-how。(圖說:唯有全面而繁複的管理原則及眉角,才是沒有人可以複製及模仿的Know-how。)

鋰電池銅箔簡介
定義:鋰電池銅箔主要用於鋰電池中,是電池負極極板材料的載體
特色:一般PCB使用的銅箔為12〜15微米,而電動車採用的銅箔則要低於8微米,長春的銅箔薄度僅有6微米,品質領先世界
影響:電動車的關鍵在於鋰電池,而鋰電池的心臟在於電極,鋰電池用銅箔的品質直接影響行車的安全
市場成就:全球5大車用鋰電池廠商皆採用長春化工的銅箔,全球市占率上看30%
研發挑戰:製程複雜、核心技術掌握在日本手中,還要避開專利以免侵權。自主開發的技術,也即時申請專利做為保護。車用鋰電池對安全性要求極高,製程及工廠管理極度要求精準及安全

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