可撓式鋰電池技術(shù)進(jìn)展邁大步,。鋰電池改搭固態(tài)電解質(zhì),，不僅能改善傳統(tǒng)液態(tài)/膠態(tài)電解液容易外溢與高溫易燃的問(wèn)題,，亦可達(dá)成高撓曲度設(shè)計(jì)目標(biāo),，迎合穿戴式電子產(chǎn)品對(duì)薄形,、可撓及高安全性的需求,，可望開(kāi)啟新的應(yīng)用商機(jī),。

　　鋰電池技術(shù)已發(fā)展20多年，但至今仍存在一個(gè)且唯一的問(wèn)題是：有沒(méi)有更好的電池呢,？隨著物聯(lián)網(wǎng),、穿戴式電子應(yīng)用市場(chǎng)興起，鋰電池更面臨新的技術(shù)門(mén)檻--微小化,，此一需求讓“可彎曲”鋰電池繼彎曲螢?zāi)缓蛷澢姘逯?，成為穿戴式或各類軟性電子裝置成功的最后關(guān)鍵拼圖。

　 　與此同時(shí),，由特斯拉(Tesla)帶動(dòng)成長(zhǎng)的電動(dòng)車(chē)(EV)熱潮,，正面對(duì)頻繁的爆炸意外事故，導(dǎo)致鋰電池供應(yīng)商須克服另一個(gè)無(wú)法回避的難題：鋰電池安全 性,。至于已成日常生活必需品的IT產(chǎn)業(yè)智慧型手機(jī)也在功能不斷增加整合下,，突顯使用續(xù)航電力不夠,、使用不便利的問(wèn)題，這些新的發(fā)展需求皆刺激鋰電池技術(shù)革 新,。

　　滿足安全/可撓式設(shè)計(jì)固態(tài)鋰電池應(yīng)運(yùn)而生

　　因應(yīng)上述設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),，鋰電池廠商已提出固態(tài)鋰電池解決方案，可達(dá)成更輕薄,、安全,、潛在能量密度更高，且可以彎曲貼附在人體或各種曲面機(jī)構(gòu)的特性,，成為IT,、穿戴電子制造商和車(chē)廠關(guān)注的目標(biāo)。

　 　固態(tài)鋰電池是指采用固態(tài)材料制作而成的技術(shù),，與現(xiàn)有技術(shù)最大的差異,，在于將液態(tài)/膠態(tài)高分子電解液，改為固態(tài)電解質(zhì)(圖1),。目前市面上眾人皆知的鋰電 池,，因?yàn)椴捎靡簯B(tài)/膠態(tài)高分子電解液，所以容易燃燒,、漏液,、高溫時(shí)會(huì)溶解、低溫時(shí)會(huì)鹽攜出,，但固態(tài)電解質(zhì)耐高溫,、不可燃的特性，使其熱穩(wěn)定性高,，不會(huì)有起 火,、爆炸或過(guò)熱等安全性問(wèn)題，當(dāng)然也沒(méi)有漏液的可能性,，電池正負(fù)極亦不溶解或鹽攜出,，具有極高度的安全性。

　　圖1　鋰電池液態(tài)/固態(tài)電解質(zhì)比較

　 　新型固態(tài)鋰電池正負(fù)極化學(xué)材料部分,，則可與現(xiàn)有鋰電池技術(shù)共用,，甚至因?yàn)楦挠霉虘B(tài)電解質(zhì)，而能實(shí)現(xiàn)一般鋰電池所無(wú)法使用的材料設(shè)計(jì),，如碳化矽(SiC) 薄膜,，或鋰金屬(Lithium-Metal)負(fù)極，具有可提升電池性能的優(yōu)勢(shì),。更重要的是,，由于采用薄膜(Thin Film)或厚膜(Thick Film)的關(guān)系，使得固態(tài)鋰電池也具有高度的撓曲能力,，可以反覆自由彎曲(圖2,、3),，成為穿戴式電子成功的最后一哩。

　　在制程部分,，固態(tài)鋰電池亦有別于一般液態(tài)/膠態(tài)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(dǎo)體濺鍍式生產(chǎn)方式；相較于卷繞制程所需耗費(fèi)的大量人力,，固態(tài)鋰電池人力成本相對(duì)低,。

      契合穿戴裝置/電動(dòng)車(chē)固態(tài)鋰電池壯大聲勢(shì)

　　顯而易見(jiàn)，固態(tài)鋰電池“更薄”,、“可彎曲”、“更安全”,、“使用壽命更長(zhǎng)”,、“設(shè)計(jì)彈性更大”的諸多優(yōu)勢(shì)，在IT及穿戴式電子設(shè)計(jì)上極具價(jià)值,。相較于現(xiàn)有鋰電池最低只能做到約2毫米(mm)厚度,，固態(tài)鋰電池可發(fā)揮其超薄(<1mm)及可彎曲的優(yōu)勢(shì)，使電子裝置厚度薄型化,、外觀可撓曲化,，設(shè)計(jì)上不再受制于傳統(tǒng)鋰電池機(jī)構(gòu)和厚度的限制，讓設(shè)計(jì)師/工程師設(shè)計(jì)上更彈性,、自由,。

　　此外，固態(tài)鋰電池極度安全,，不起火不爆炸,，安全性大幅超越現(xiàn)有鋰電池技術(shù)，使用者再也不用擔(dān)心身上的電子裝置會(huì)漏出黏液到手上,，或口袋里的智慧手機(jī)會(huì)突然自燃,。再者，材料作用時(shí)因離子本身不移動(dòng)的關(guān)系,，不可逆反應(yīng)大幅減少,，電池壽命更具提升的潛力。

　 　在動(dòng)力應(yīng)用價(jià)值上,，固態(tài)鋰電池主要貢獻(xiàn)則在于安全性的提升,。例如特斯拉2013年發(fā)生的三起火燒車(chē)事故，以及比亞迪電動(dòng)計(jì)程車(chē)2012年起火事件,，最后 燒成骨架,，同時(shí)釀成三人當(dāng)場(chǎng)死亡的案例,，至今仍記憶猶新；為因應(yīng)電動(dòng)車(chē)的安全性議題,，國(guó)際廠商相繼跨越中下游,，直接投入上游零組件的固態(tài)電池研發(fā)行列，通 用汽車(chē)(GM)和豐田(Toyota)等主要的汽車(chē)制造商,，皆已認(rèn)定固態(tài)鋰電池是未來(lái)電動(dòng)車(chē)的關(guān)鍵零組件,。

　　固態(tài)鋰電池轉(zhuǎn)向非薄膜材料發(fā)展

　 　固態(tài)鋰電池發(fā)展之初大多為薄膜電池，2010-2011年全球產(chǎn)量約一百五十萬(wàn)顆電池芯左右,，以IPS(Infinite Power Solutions)這家廠商的市占率最高,，約達(dá)到60%以上，標(biāo)準(zhǔn)品單電芯的電容量為0.7-1毫安時(shí)(mAh),。同一時(shí)期,，韓系廠商GS Nano Tech也積極研發(fā)固態(tài)薄膜電池，并已于2010年導(dǎo)入產(chǎn)能達(dá)70萬(wàn)顆電池芯的量產(chǎn)線,，主要供應(yīng)軍用的安全卡片,。

　　矢野經(jīng)濟(jì)研究院推 估，2011年間,，上述兩間廠商合計(jì)的市占率高達(dá)80%,，但2012-2013年薄膜電池市場(chǎng)需求趨緩，GS Nano Tech的母公司GS Caltex見(jiàn)收益困難,，遂解散GS Nano Tech,；而IPS也難逃大環(huán)境的改變，于2014年出售公司,。至此,，固態(tài)薄膜電池逐漸淡出市場(chǎng)，探究衰退原因主要系成本太高,、充放電問(wèn)題,，以及電池芯容 量太低。

　　近期崛起的固態(tài)鋰電池制造業(yè)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(chǎn),，并導(dǎo)入3C配件,、智慧顯示卡(Smart Display Card)、或無(wú)線射頻辨識(shí)(RFID)的相關(guān)應(yīng)用,，前景看好,。

　　各國(guó)競(jìng)逐固態(tài)鋰電池　臺(tái)廠技術(shù)研究成果亮眼

　　固態(tài)電池的超薄、可撓曲、超安全及高度熱穩(wěn)定特性,，逐漸在市場(chǎng)上嶄露頭角,，并獲得國(guó)際大廠的肯定與青睞，朝取代現(xiàn)有鋰電池技術(shù)的方向快速發(fā)展,。

　 　不過(guò),，由于固態(tài)電池存在著一個(gè)先天上鋰離子導(dǎo)電度較低的障礙，也就是固態(tài)電解質(zhì)不能夠像液體電解液一般那樣快速地傳導(dǎo)鋰離子,，內(nèi)阻值較液態(tài)電池高,，而導(dǎo) 致固態(tài)鋰電池的充放電能力不如液態(tài)電解液的鋰電池。因此,，固態(tài)鋰電池接下來(lái)發(fā)展的主要任務(wù),，將聚焦幾個(gè)層面，包括降低介面阻抗值,，以及因應(yīng)商品化的低成本 大量生產(chǎn)技術(shù),。

　　目前投入固態(tài)鋰電池開(kāi)發(fā)的國(guó)家當(dāng)中，日本具備完整且數(shù)量較多的產(chǎn)學(xué)研開(kāi)發(fā)體系,，韓國(guó)有Samsung SDI等大集團(tuán)與大學(xué)院校的參與,，美國(guó)則較集中于極板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制程方面。至于臺(tái)灣是法人,、大學(xué)院校與廠商均有投入,，盡管投入的數(shù)量較其他國(guó)家少,，但研發(fā) 成果卻遙遙領(lǐng)先國(guó)際,，不論是在產(chǎn)品規(guī)格電性上，或是在商業(yè)化程度上,，都成為國(guó)際眾多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和潛在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的標(biāo)竿(表1),。

　　其中，輝能科技已于2014年底成功將其固態(tài)鋰電池產(chǎn)品的介面阻抗降低一半以上,，使其充放電能力近乎一般的液態(tài)/膠態(tài)鋰電池,，并同步開(kāi)始著手進(jìn)行全線制程卷對(duì)卷生產(chǎn)的制造技術(shù)，準(zhǔn)備邁向大量商品化,，以提高在固態(tài)鋰電池市場(chǎng)的占有率,。

　 　在未來(lái)策略上，全球固態(tài)鋰電池技術(shù)有機(jī)會(huì)在輕薄化設(shè)計(jì),、大容量與單電芯應(yīng)用,、可撓式及超高能量密度電源設(shè)計(jì)等方面大展拳腳，并廣泛應(yīng)用于3C產(chǎn)品,、穿戴 式電子,、軟性電子、物聯(lián)網(wǎng)、電動(dòng)車(chē),、工業(yè)應(yīng)用,、智慧醫(yī)療、特殊安全性需求等產(chǎn)業(yè),，進(jìn)而取代現(xiàn)有一般鋰電池技術(shù),，成為次世代電池。