可撓式鋰電池技術進展邁大步。鋰電池改搭固態電解質,不僅能改善傳統液態/膠態電解液容易外溢與高溫易燃的問題,亦可達成高撓曲度設計目標,迎合穿戴式電子產品對薄形、可撓及高安全性的需求,可望開啟新的應用商機。
鋰電池技術已發展20多年,但至今仍存在一個且唯一的問題是:有沒有更好的電池呢?隨著物聯網、穿戴式電子應用市場興起,鋰電池更面臨新的技術門檻--微小化,此一需求讓“可彎曲”鋰電池繼彎曲螢幕和彎曲面板之后,成為穿戴式或各類軟性電子裝置成功的最后關鍵拼圖。
與此同時,由特斯拉(Tesla)帶動成長的電動車(EV)熱潮,正面對頻繁的爆炸意外事故,導致鋰電池供應商須克服另一個無法回避的難題:鋰電池安全性。至于已成日常生活必需品的IT產業智慧型手機也在功能不斷增加整合下,突顯使用續航電力不夠、使用不便利的問題,這些新的發展需求皆刺激鋰電池技術革新。
滿足安全/可撓式設計固態鋰電池應運而生
因應上述設計挑戰,鋰電池廠商已提出固態鋰電池解決方案,可達成更輕薄、安全、潛在能量密度更高,且可以彎曲貼附在人體或各種曲面機構的特性,成為IT、穿戴電子制造商和車廠關注的目標。
固態鋰電池是指采用固態材料制作而成的技術,與現有技術最大的差異,在于將液態/膠態高分子電解液,改為固態電解質(圖1)。目前市面上眾人皆知的鋰電池,因為采用液態/膠態高分子電解液,所以容易燃燒、漏液、高溫時會溶解、低溫時會鹽攜出,但固態電解質耐高溫、不可燃的特性,使其熱穩定性高,不會有起火、爆炸或過熱等安全性問題,當然也沒有漏液的可能性,電池正負極亦不溶解或鹽攜出,具有極高度的安全性。

圖1 鋰電池液態/固態電解質比較
新型固態鋰電池正負極化學材料部分,則可與現有鋰電池技術共用,甚至因為改用固態電解質,而能實現一般鋰電池所無法使用的材料設計,如碳化矽(SiC)薄膜,或鋰金屬(Lithium-Metal)負極,具有可提升電池性能的優勢。更重要的是,由于采用薄膜(Thin Film)或厚膜(Thick Film)的關系,使得固態鋰電池也具有高度的撓曲能力,可以反覆自由彎曲(圖2、3),成為穿戴式電子成功的最后一哩。

圖2 全固體薄膜鋰電池構造概念圖

圖3 固態鋰電池可具有優異的彎曲能力,適用于穿戴裝置及軟性電子。

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