在制程部分,固態鋰電池亦有別于一般液態/膠態鋰電池的卷繞或堆疊制程,可采全平面印刷、涂布、沉積、或半導體濺鍍式生產方式;相較于卷繞制程所

在制程部分,固態鋰電池亦有別于一般液態/膠態鋰電池的卷繞或堆疊制程,可采全平面印刷、涂布、沉積、或半導體濺鍍式生產方式;相較于卷繞制程所需耗費的大量人力,固態鋰電池人力成本相對低。  

契合穿戴裝置/電動車固態鋰電池壯大聲勢 

顯而易見,固態鋰電池“更薄”、“可彎曲”、“更安全”、“使用壽命更長”、“設計彈性更大”的諸多優勢,在IT及穿戴式電子設計上極具價值。相較于現有鋰電池最低只能做到約2毫米(mm)厚度,固態鋰電池可發揮其超薄(<1mm)及可彎曲的優勢,使電子裝置厚度薄型化、外觀可撓曲化,設計上不再受制于傳統鋰電池機構和厚度的限制,讓設計師/工程師設計上更彈性、自由。  

此外,固態鋰電池極度安全,不起火不爆炸,安全性大幅超越現有鋰電池技術,使用者再也不用擔心身上的電子裝置會漏出黏液到手上,或口袋里的智慧手機會突然自燃。再者,材料作用時因離子本身不移動的關系,不可逆反應大幅減少,電池壽命更具提升的潛力。 

在動力應用價值上,固態鋰電池主要貢獻則在于安全性的提升。例如特斯拉2013年發生的三起火燒車事故,以及比亞迪電動計程車2012年起火事件,最后燒成骨架,同時釀成三人當場死亡的案例,至今仍記憶猶新;為因應電動車的安全性議題,國際廠商相繼跨越中下游,直接投入上游零組件的固態電池研發行列,通用汽車(GM)和豐田(Toyota)等主要的汽車制造商,皆已認定固態鋰電池是未來電動車的關鍵零組件。  

固態鋰電池轉向非薄膜材料發展 

固態鋰電池發展之初大多為薄膜電池,2010-2011年全球產量約一百五十萬顆電池芯左右,以IPS(Infinite Power Solutions)這家廠商的市占率最高,約達到60%以上,標準品單電芯的電容量為0.7-1毫安時(mAh)。同一時期,韓系廠商GS Nano Tech也積極研發固態薄膜電池,并已于2010年導入產能達70萬顆電池芯的量產線,主要供應軍用的安全卡片。 

矢野經濟研究院推估,2011年間,上述兩間廠商合計的市占率高達80%,但2012-2013年薄膜電池市場需求趨緩,GS Nano Tech的母公司GS Caltex見收益困難,遂解散GS Nano Tech;而IPS也難逃大環境的改變,于2014年出售公司。至此,固態薄膜電池逐漸淡出市場,探究衰退原因主要系成本太高、充放電問題,以及電池芯容量太低。

近期崛起的固態鋰電池制造業者,大都采用非薄膜材料,并致力于電容量之提升。部分廠商也已成功量產,并導入3C配件、智慧顯示卡(Smart Display Card)、或無線射頻辨識(RFID)的相關應用,前景看好。  

各國競逐固態鋰電池 臺廠技術研究成果亮眼

固態電池的超薄、可撓曲、超安全及高度熱穩定特性,逐漸在市場上嶄露頭角,并獲得國際大廠的肯定與青睞,朝取代現有鋰電池技術的方向快速發展。

不過,由于固態電池存在著一個先天上鋰離子導電度較低的障礙,也就是固態電解質不能夠像液體電解液一般那樣快速地傳導鋰離子,內阻值較液態電池高,而導致固態鋰電池的充放電能力不如液態電解液的鋰電池。因此,固態鋰電池接下來發展的主要任務,將聚焦幾個層面,包括降低介面阻抗值,以及因應商品化的低成本大量生產技術。  

目前投入固態鋰電池開發的國家當中,日本具備完整且數量較多的產學研開發體系,韓國有Samsung SDI等大集團與大學院校的參與,美國則較集中于極板結構設計與制程方面。至于臺灣是法人、大學院校與廠商均有投入,盡管投入的數量較其他國家少,但研發成果卻遙遙領先國際,不論是在產品規格電性上,或是在商業化程度上,都成為國際眾多競爭對手和潛在競爭對手的標竿(表1)。  

[責任編輯:趙卓然]

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