固態電池

固態電池是使用固體電極和固體電解質的一種電池，也是鋰電池家族成員之一，相較傳統鋰電池電解液是液態，而固態電池使用的電解液則是固態，並解決液態電池兩大缺點：安全問題和能量密度。

(一)固態電池的特性

 

(1)安全性高：固態電池改用固態電解質，沒有漏液汙染、易燃爆炸等問題，且電解質為固態，電池不會因為隔離層破損就導致正負極接觸短路爆炸，又因固態電解質具有較強的阻隔正負極效果，較不易生成鋰枝晶而造成短路，安全性較高。

 

(2)能量密度高：由於固態電池的安全性，故正負極可以選用能量密度更高的材料，如負極採用鋰金屬或是正極採用NCMA混合物等，使其能量密度有機會超過鋰三元電池。固態電解質能量密度與相同體積的液態鋰離子電池相比，可以有更高電池存儲能量，充放電速度也快。

 

(3)體積小：固態電池更輕巧，封裝更簡易，體積能量密度大幅提升，且也不需要鋰離子電池的監測、冷卻和保溫系統，汽車底盤能空出更多空間放置電池，也助於增加電動車續航力。

 

總結，固態電池主要優點：安全性與能量密度高、充電速度快、壽命較長、熱穩定性佳，也不會在低溫凍結(耐熱耐寒)等，另外可大幅減少原材料的使用，其中銅和鋁的使用將大比例下降，石墨和鈷可以從原材料中剔除。但固態電池仍有待克服的問題，其成本高且不易量產，固態電池的內部構造緊密，容易受到熱脹冷縮的影響，若設計不當，可能會影響內部結構。

(二)固態電池的種類
 

根據固態電解質材料的不同，分成聚合物、硫化物和氧化物三大技術，其中聚合物屬於有機高分子電解質，硫化物與氧化物屬於無機陶瓷電解質。

 

(1)聚合物：聚合物電解質主要由聚合物基體與鋰鹽構成，優點是加工容易，製造工藝和傳統鋰電池比較接近，是最容易利用現有設備通過改造實現量產的固態電池，因此成為最先實現產業化。但其離子電導率最低，必須加熱到60度以上，離子電導率才會提升。聚合物是有機物，電化學性能不好，導致能量密度無法提升。

 

(2)硫化物：硫化物電解質離子導電率最高，但空氣穩定性差，接觸空氣容易產生有毒性的硫化氫，生產設備及生產環境的特殊需求將造成高昂成本。

 

(3)氧化物：氧化物電解質在三大技術中安全性最高，但研發難度也最高。但氧化物的機械性能堅硬，如果用其製作電解質片，較容易破裂；與正極活性材料的接觸不夠好，導致從面接觸變成點接觸，界面損耗過大。