市面上標榜方便、快充放的電子產品，裡頭的電池當真安全可靠嗎？ 「現在鋰電池應用廣泛，消費者對電池的續航力要求愈來愈高，同樣的體積裡塞入更多電極材料，能量密度也撐到極限，」工研院材料與化工研究所儲能材料及技術研究組組長陳金銘說。 高能量密度鋰電池透過拉高正負極的電容量，讓不具儲電功能的材料，如銅鋁箔集電材、隔離膜盡可能輕薄，但這樣的電池架構卻極不穩定、易生危險。 克服高能量鋰電池危險性有許多作法，包含陶瓷隔膜、熱阻絕層（HRL）、正負極表面改質、阻燃電解質等，固態鋰電池將易燃電解液用固態電解質取代，可大幅提高閃點溫度，電池更不易氣脹、漏液，更為安全。
實際操作中為了避免陽極積碳，而且防止重整吸熱對電池造成過冷效應，普遍將燃料外部預重整後再進入電堆。 目前SOFC使用具有催化能力的金屬（例如Ni）作為陽極材料，因為鎳對氫的氧化具有優異的電化學活性和電子導電性。 NiO還原後的Ni金屬能夠在高溫下催化氫氣氧化以及烴類的蒸氣重整，但金屬鎳的熱膨脹係數較大，電解質不易燒結於陽極，因此多添加30~40wt%的電解質形成陶金材料，以降低陽極的熱膨脹係數，並且使陽極具有部分傳導離子之能力[3]。 陶瓷金屬陽極要求多孔結構以允許燃料流向電解質，因此陽極材料的製造一般使用粒狀的材料。 現行使用液體電解質(電解液)的鋰離子電池需要使用「分隔膜(separator)」，而Toray為全球分隔膜大廠，不過全固體電池無需使用分隔膜，因此若全固體電池普及的話、恐衝擊Toray電池材料事業，因此Toray考慮研發全固體電池用材料、柔軟因應市場需求。
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在結構方面，鋰鈷氧化物和鋰鎳氧化物具有極為相同的構造，而鋰錳氧化物則類似尖晶石構造，在放電下的結構安定性較佳。 優缺點方面，鋰鈷最為普遍，但原料來源缺乏，鋰鎳的重量能量密度最高，但安全性差，鋰錳價格最便宜，但能量密度及高溫之熱穩定性差。 此外，美國麻省理工學院和SONY實驗成果，證明磷酸鐵鋰同時擁有鋰鈷、鋰鎳和鋰錳的主要優點，但不含鈷等貴重元素，具成本低、無毒性、有高功率、高容量等優點，又符合安全性及環保的訴求，近來也成為主流材料。 固態電池概念股，是指電池(能源元件)產業的重要產品「固態電池」，將與它有關的產品開發、設備製造、技術服務及業務銷售等供應鏈公司股票，包括固態電池各類應用產品的上游、中游、下游廠商合稱的一種股市術語，也是投資人用來挑選固態電池相關個股的選股方式。 固態電池的特性有不可燃、安全性高、可提供更高的能量密度、高容量化…等，被認為是實現更快充電速度、提供更高電壓以及延長電池壽命的儲能產品，因此固態電池常應用於心臟起搏器、RFID、可穿戴設備以及電動汽車。 對於那些希望提高鋰離子電池性能的人來說，在行駛中的車輛上安裝重量超過500公斤的電池（同時不影響里程數和安全性）是一項艱鉅的挑戰。
現行EV用鋰離子電池使用液體電解質(電解液)，而全固態電池的正極、負極、電解質全為固態，因此不用擔心液體外漏、安全性很高，且僅需數分鐘時間就可充好電、遠優於現行鋰離子電池的數十分鐘，加上具備大容量化特性，因此充飽一次電可行駛的距離有望提升。 目前，業界尋求更短的充電時間、更長的里程數，但同時不會增加電池組成本和著火風險，這些目標已經觸及技術天花板；解決這些限制，是讓電動車革命真正起飛的關鍵。 固態電池提供了部分解決方案，但它卻可能讓特斯拉付出一個代價：讓出無可爭議的市場領導者地位。
固態電池材料: 相關廠商
根據中銀國際估算，全球固態鋰電池需求量，於二○二○年、二○二五年、二○三○年，分別有望達1.7GWh、44.2GWh、484.9GWh。 二○三○年，全球固態電池市場規模，有望成長達一千五百億元人民幣以上。 因此，即使電池組中的電極膨脹或收縮，也可以通過加熱使電解質液化，填入多餘的空間。
歐洲比較出名的法商Bolloré，採用聚合物電解質體系，三星則採用硫化物電解質體系。 目前，全球主流車廠、大型電池企業皆正積極布局固態電池研發、製造。 大眾、豐田(Toyota)、通用(GM)、寶馬(BMW)、日產雷諾等國際主流車企，都正加快固態電池研發、產業化佈局速度。 近期有媒體報導指出，豐田汽車將於未來數年內，正式開始銷售內建全固態電池的電動車。 日本靜岡大學講師守谷誠與東京工業大學教授一杉太郎等人組成的研究小組，開發出了可用作「全固態電池」電解質的有機分子結晶。
固態電池材料: 產業技術評析
隨著氣候變遷與淨零碳排的趨勢正夯，再生能源與電動車是各國重視的綠色政策，因此高規格的儲能系統更受重視，而未來固態電池將成為儲能領域的新寵，預計未來5到10年內固態電池將走向商業市場。 目前國際大廠已紛紛投入研究，而臺灣也沒有缺席，預計2030年將邁向全固態電池。 固態電池材料 鴻海在高雄打造「台灣電芯研發暨試量產中心」，生產磷酸鋰鐵電池、年產能1GWh，最快2024年導入電動巴士、乘用車及儲能應用。
產品原型雖然開發出來了，但現在在實驗室測試的只是一小部分的電池組，之後每台長里程電動車都需要至少比那多出20倍的電池組。 工廠將很難量產它們，目前每個電池的製造成本約為10萬美元。 過去20年來，傳統電池的能量密度大約提升4％，達每升約700瓦時，轉譯成行駛里程，大約是500公里。 要再進一步增加能量密度很難，因為單電池和液態電解質將佔據大量體積。 在去年歐洲電動車產業使用的鎳中，特斯拉占掉超過一半，馬斯克曾對此表示擔憂。
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然而，硫毒化的影響無可避免，一般通過吸附床或其他方式在進入電池之前除硫。 然而，對於正在尋找特斯拉顛覆者的投資人來說，像這樣的新創公司可能不是最好的選擇。 目前，在傳統電池、汽車和機械領域佔據主導地位，並且能夠使用機械和原料的公司，更有能耐生產大量零件。
這些電池具有使用壽命長、高功率密度、自放電特性低、比重容量高、體積能量大等優點。 然而，它們受到原材料可得性、相應成本高以及安全問題的困擾。 工研院自 2016 年開始投入有機及無機複合固態電解質的研究，嘗試開發出可商業化的固態鋰電池技術，期望透過創新材料，提高鋰電池的安全性。 工研院研發的「高能量及高安全樹脂固態電池」，不僅可快速充電又兼具安全性，亮眼表現一舉拿下 2020 年「全球百大科技研發獎」，將成為未來搶攻電動車與儲能系統市場的一大悍將。 有機固態電池廠商動態高分子電解質具有可撓性、尺寸安定性、高安全性及低燃燒性等特點，但使用上仍有許多問題亟待克服。
固態電池材料: 相關連結
此外，諸如煤和生物質的固體燃料可以氣化得到合成氣，可以在整合煤炭氣化燃料電池系統（Integrated Gasification Fuel Cell, IGFC）為SOFC提供燃料。 電動車是近代最熱門的投資題材之一，其中「固態電池」扮演著提供車輛能源及儲能的重要角色，未來電動車的發展潛力也帶動了固態電池類股的多頭行情。 居第2位的松下控股2020年攜手豐田成立車載電池的合資企業，聯合推進全固態電池的研發。
- 「這項技術是提升電動車里程的革命性基礎」，首席研究員Dongmin Im表示。
- 輝能科技於去年9月通過經濟部「投資台灣三大方案之根留台灣方案」專案貸款，規劃在桃園觀音科技工業園區投資新台幣42億元，設立全球首座GWh級固態鋰陶瓷電池的「超級工廠」，預計今年第4季開始量產。
- 全固態電池是將用於純電動汽車的主流鋰離子電池上屬於液體的電解質改為固體的電池。
- 陶瓷金屬陽極要求多孔結構以允許燃料流向電解質，因此陽極材料的製造一般使用粒狀的材料。
- 在寒冷地區也能順暢工作，因此可以期待成為純電動汽車用全固態電池的材料。
筆者經過專利檢索后發現，截至2018年12月31日，全球在固態鋰電池領域提交專利申請共9232件。 在研發起步階段，該領域的專利申請量較少﹔2008年后，該領域的專利申請量呈現快速上升趨勢。 從全球固態鋰電池的專利申請國來看，主要集中在日本、中國、美國和韓國等國家，其中日本在該領域的專利申請量最多，佔申請總量的41%﹔中國和美國次之，佔比分別為23%和18%﹔韓國佔比為11%。
固態電池材料: 固態電池具有什麼優勢，面臨什麼挑戰？
除高安全性外，當固態電池搭配合適正負極材料，亦能大幅度提高能量密度，因此不僅材料與電池製造廠商投入，多家車廠亦紛紛投入資源進行開發，當前固態電池的目標不光是在2030年前商業化，更有廠商希望使用固態電池的電動車之行駛距離由現今的400 km提升至800 km。 初期固態電池可能是維持現有正負極材料體系，僅替換液態電解液，後期則是採用更高能量密度的正負極材料以開發諸如鋰硫電池的產品。 考量到現階段試驗電池的性能仍須改善，材料量產與電池製造技術亦尚未克服，保守估計大多的全固態電池在2030年時才剛進入商業化初期，若要普及化或取代現有技術體系，必須綜合衡量能量密度、功率密度、成本、循環壽命、安全性等多方面的要求，以期滿足市場的要求。 科技大廠攜手國產車廠，進軍電動汽車市場的消息震撼科技產業，其秘密武器就是更安全的固態電池。 工研院研發的「高能量及高安全樹脂固態電池」，不僅可快速充電又兼具安全性，亮眼表現一舉拿下2020年「全球百大科技研發獎」，將成為未來搶攻電動車與儲能系統市場的一大悍將。
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固態電池材料: 電池是什麼？
在全固態電池的賽局中，擁有電池材料優勢的日本，將研發與製程緊緊握在自家手中。 臺灣的科技製造能量在全球數一數二，在電池產業也有許多指標性廠商，從正負極材料、電解液、到電池模組、電源管理及控制系統，均有布局，可惜受限經濟規模，大多以利基市場為主。 進入固態電池時代，供應鏈的全新洗牌，將提供臺廠更好的發展契機，先進技術的研發投入，就是當前最重要的關鍵。 近年來，可穿戴設備等移動設備變得越來越小，越來越薄，但同時為了延長使用時間，需要安裝的電池朝向高容量與高能量密度發展，同時必須增加電池的安全性，以防止電池著火或過熱，也才衍生出全固體電池有效防止燃燒爆炸等意外事故的終極解決技術路徑。
可以確認的是，全球電池上下游關鍵要角，正透過合縱連橫，積極搶占固態電池市場的戰略優勢。 固態電池材料 固態電池材料 固態電池全球大戰已然開打，誰能搶先奪得「聖杯」，誰就能擁有關鍵話語權。 浦項制鐵控股也沒缺席位於北美的電池供應鏈，旗下負責電池材料生產之子公司浦項化學（POSCO Chemical），近期宣布與一家世界級車廠北美成立合資公司。 據了解，輝能已在桃園觀音工業園區打造約3GWh的固態電池產線，目前電池產能規模堪稱全台最大。
固態電池材料: 材料
公布資料顯示，它可提高電動汽車單次充飽電後的續航里程達八○％增幅，同時也可以在十五分鐘內，即快速充滿八○％電量(鋰離子電池通常需要四十分鐘或是更長時間)。 葉定儒進一步表示，NAEPE 在固化前是液態，在電池生產過程中用傳統注液方式即可；在常溫 27 度下就能固化的特性，讓電池業者無須改變現有製程，只需微幅調整工序，就能在既有生產線上應用，大幅提升廠商接受度；固化後閃燃點提高，具有難燃性、高溫循環壽命佳等特點。 固態電池材料2023 固態電池材料 此外，相較於傳統鎳鎘、鎳氫電池約有 1.2 伏特的電壓，1 顆鋰電池就擁有 3.7 伏特，鎳氫電池要串連 3 顆才夠，因此鋰電池具有得天獨厚的優勢，未來固態電池技術逐漸成熟，甚至可以內部串聯達 12V（Bi-polar），在系統應用端將可減少串並聯元件成本。
2021年10月，輝能獲得的3.26億美元融資，背後由丹豐資本、春華資本、軟銀中國資本共同投資，就是看準輝能在固態鋰電池的潛力。 因緣際會，楊思枏進入「台灣超能源」，這是一家台灣早期做自主電芯技術研發的公司，可惜最終遇上SARS疫情倒閉。 後來，楊思枏進入聯友光電工作負責LCD模組，即便沒有加班費，很多時候楊思枏都自願留下來加班，很快的就升到整合單位的負責人。 固態電池材料2023 固態電池材料 固態電池材料2023 輝能的全自動固態電池試產線已經在2017年投入生產，已經至少出貨百萬片固態電池芯，要看懂輝能的故事，還是必須從HTC的手機殼說起，而創辦人楊思枏背後關鍵人物。
