克服鋰電池的天生缺點，「固態電池」為何被稱為電動車的葵花寶典？

文：蔡慶立 Lucas Tsai

日常生活中，許多我們會隨身攜帶的物品，其實都有「鋰電池」的存在，像是行動電話、藍牙耳機、行動電源，或是筆記型電腦、平板電腦等。

就以人手一支的行動電話來說，手機用久了，「電池健康度」就會隨著時間慢慢衰退，導致待機時間變短、電掉速度變快、把電充到100%所花的時間變得更長等，而為了想克服「鋰電池」天生的缺點，於是乎就有「固態電池」的出現。

鋰電池和固態電池如何區分？

鋰電池（Li-ion Battery），是由正極、負極、隔離膜、電解液組成，其中電解液（液體或凝膠）是讓電流可以在電池內部以離子的形式傳導（充電和放電）。

固態電池（Solid-State Battery），顧名思義其所有的材料都以固態形式存在，尤其是鋰電池中的電解液與隔離膜等結構，被固態電解質取而代之。

鋰電池的優缺點

1. 優點

1. 其製程之工業化、自動化程度較高，若能降低電池生產成本，反映在電動車的售價上，將有助於增加電動車的普及率。
2. 電極與電解液界面接觸較好、導電率較高。

2. 缺點

1. 電解液會有漏液問題和含有易燃有機溶液等安全上的問題。
2. 電解液在高溫時會熱失控，在低溫容易凝結，降低續航力，所以鋰電池需要配合安裝抗溫度升高、防撞擊以及防穿刺等安全裝置結構。
3. 在充放電過程中容易沉積鋰離子，最終電極表面會因為沉積不均勻形成樹枝狀鋰晶枝，電池的容量、性能與壽命都會因此下降。

固態電池的優缺點

1. 優點

1. 固態電解質具有不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題等特性，使安全成為固態電池的重要優勢。
2. 其密度和結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，可以增加單位面積的能量密度，傳導更大的電流與提升電池容量。
3. 固態電池沒有爆炸或火災的風險，因此不需要有安全結構裝置，從而節省更多空間，對於電動車來說，可以減少電池模組整體的體積重量，讓電動車上的電池配置設計更加靈活。

2. 缺點

1. 固態電池就當今技術上來說，製造成本高、製程良率低。
2. 相較於電解液，固態電解質的電極與電解質之間的介質阻抗過高（導電離子不易移動），影響整體電池的效能。
3. 電極在充放電時膨脹和收縮，恐與固態電解質的界面分離，結構因此受到破壞，性能隨之下降。

Photo Credit: shutterstock / 達志影像

固態電池的市場趨勢

根據日產汽車NISSAN的一份最新報告，公司計劃在2025年以前建立一個生產固態電池的工廠，到2026年完成最初的應用工程，然後在2028年完成車輛應用。簡言之，Nissan最快將於2028年就會生產出帶有固態電池的電動車。

NISSAN對於固態電池的願景是「希望將製造成本（與鋰電池相比）降低50%，將能量密度提高一倍，並提供三倍的充電速度。」但光是解決固態電池的成本和壽命問題，就不是件簡單的事。

日本豐田汽車TOYOTA則和松下Panasonic合作開發固態電池，該電池計畫於2025年用於混合動力車上。

另有一家名為Solid Power的初創公司，於2022年開始為福特汽車Ford和BMW生產固態電池，目前僅在測試階段。

當然，還有無數家廠商現在都注意到固態電池，像是福斯汽車、賓士汽車、韓國三星等都已開始進入研發階段。以BMW為例，它大舉押注在固態電池的好處顯而易見，拿BMW i7這種大型旗艦豪華轎車為例，使用固態電池後續航力可以輕鬆上看1000公里以上，功率是目前鋰電池電動車的1.5倍甚至2倍。

BMW正在為Solid Power的固態電池安裝一條原型生產線，希望能於2025年推出首輛固態電池的純電動原型車，就「理想性」來說，希望藉著固態電池，使電動車更便宜、更輕。

根據Solid Power的最新研究數據，技術成熟後的固態電池，將比目前的鋰電池便宜15%至35%，壽命上更可以讓電動車行駛長達近60萬公里，簡直就是電動車的葵花寶典。

本文經電車未授權刊登，原文刊登於此
原標題： 《2023車用電池最新趨勢分析》鋰電池和固態電池如何區分？誰才是王道？

延伸閱讀

• 電動車須知：台灣有幾種快充規格？怎樣充電最能維持「電池健康度」？
• 電動車也有行動電源：隨叩隨到還能幫你佔車位的「行動充電站ZIGGY」
• 中國掌握全球電車電池半壁江山，寧德時代市占近4成，再以「麒麟電池」奪2022最佳發明
• 瑞典Northvolt電池超級工廠接300億美元訂單，「一條龍服務」叫戰特斯拉、力拚亞洲6大電池廠

【加入關鍵評論網會員】每天精彩好文直送你的信箱，每週獨享編輯精選、時事精選、藝文週報等特製電子報。還可留言與作者、記者、編輯討論文章內容。立刻點擊免費加入會員！

責任編輯：溫偉軒
核稿編輯：翁世航