固態電池、鋰離子電池的差別在哪？一文解析固態電池的 4 大優點
2021/05/04
首圖來源：flickr CC Licensed
人類文明正從化石燃料能源過渡到綠能，燃油車也逐漸轉換為電動車，隨之而來的，是電池的使用量大增。目前電動車、儲能系統使用的大多是鋰離子電池，雖然它們能量密度高、充電速度快，卻有安全性等問題。因此，產業界正積極開發固態電池，期待它能取代傳統的鋰離子電池。
鋰離子電池採用液態電解質，有重量、安全性與壽命的問題
固態電池與鋰離子電池的主要差異在電解質。鋰離子的電解質是液態的，以凝膠體、聚合物的形式存在，讓電池的重量難以下降。此外，單一鋰電池組的能量不高，因此必須將多個電池組串聯，讓重量近一步增加。工程、製造與安裝電池組的成本占電動車整體成本很大的比例。
除了重量問題，電解質也具有可燃性，在高溫下不穩定，有熱失控的問題，若發生車禍，可能會導致嚴重火災。電解質在低溫也容易凍結，降低電池的續航力。另外，電解質會腐蝕電池的內部組件，充放電的過程也會產生晶枝（dendrites），降低電池的容量、性能與壽命。
固態電池的電解質為固態，能量密度高
固態電池內部沒有沉重的液態電解質，而是玻璃、陶瓷或其他材料形式的固態電解質。固態電池的整體結構與傳統鋰離子電池相似，充放電方式也大同小異，但因為沒有液體，所以電池內部更緊密，體積更小，能量密度增加。若將電動車內的鋰離子電池改用同樣體積的固態電池取代，電容量理論上可以提升 2 倍以上。
而且固態鋰電池的重量較輕，也不需要鋰離子電池的監測、冷卻和保溫系統，底盤能空出更多空間放置電池，讓電動車續航力大增。
另外，固態電池的充電速度比鋰離子電池快，也沒有腐蝕性的問題，壽命更長。關於工作溫度，固態電池具有熱穩定性，也不會在低溫凍結，對生活在中高緯度的使用者，這能確保電動車的續航力。
說，固態電池有 4 大優點：
▌能量密度高
▌充電速度快
▌壽命較長
▌熱穩定性佳
固態電池的問題：成本高昂且不易量產
然而，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；晶枝的問題也沒有被解決，電池結構可能會被破壞。
但最重要的是，固態電池成本高昂且不易量產。固態電池並不是新的發明，它們已經應用在心律調節器、可穿戴設備與 RFID 等小型設備多年，直到近期，產業界才開始研究固態電池在電動車等大型裝置的應用，但目前電動車仍是以鋰離子電池為主。
總結來說，固態鋰電池有 3 大問題：
▌膨脹、收縮影響結構
▌晶枝造成結構破壞
▌成本高昂，不易量產
產業界正積極研究固態電池技術，當中包含特斯拉、鴻海等科技大廠，也有 QuantumScape 等新創。鴻海預計在 2024 年推出商用化的固態電池產品，豐田也計畫在 2030 年前推出固態電池電動車。若固態電池順利打入車用市場，將有望打造出續航力超過 1 千公里的電動車，性能輾壓燃油車，車主也不用擔心續航力的問題了。
