固态电池技术何时能有突破性进展？

固态电池技术何时能有突破性进展？

固态电池是催化电动车普及化的关键技术之一。不只是因为这项技术可解决里程焦虑、降低车辆受撞击后起火燃烧的风险。同时，更可迫使锂离子电池的价格下降，从而使电动车的售价更为亲民。以目前的技术进程来看，个人认为，到2028年左右，同一款车型搭载固态电池与锂离子电池不同选项的情况将在市场上随处可见。

动力电池的研发在这几年进展速度飞快，除了三元锂与磷酸铁锂的锂离子电池为应用主流之外，钠离子电池、磷酸锰铁锂（LMFP)电池、硅基负极电池（目前一般为碳基负极）、富锂锰基电池、以及固态电池，都是下一代电池技术推进的选项，而其中固态电池是目前的研发重心。

自从2018年掀起成立固态电池新创公司的风潮以来，这四年间的技术进程并不太顺利；一方面传统的锂离子电池性能持续改良，制程日趋成熟稳定，另一方面全球普遍设定2030年的电池能量密度目标应达到500wh/kg （目前最强的三元锂电池也只有250wh/kg，一般市售电动车的电池在200wh/kg以下），因此，固态电池具商业化价值的技术目标持续上涨。如果在制造成本与能量密度没有达到最佳的平衡点时，固态电池的产品竞争力就会受限。目前固态电解质种类有三大技术路线。

• 聚合物。成本高且电导率低，对充放电速率有影响。欧美公司多采此路线。
• 氧化物。各项性能指标的表现较平均，但电导率也偏低。国内公司多采此路线。
• 硫化物。电导率较高，成本低，但技术门槛最高。日韩公司多采此路线。

整体而言，固态电池虽稳定性高、寿命长、能量密度大，但固态电解质较液态电解质的电导率落差约10倍，所以充放电效率是个挑战。且因为与电极之间的接触界面阻抗较大，长期化学反应下易引发副作用而影响电池整体性能。理论上，固态电池芯的能量密度可高达900wh/kg，但要如何提升充放电效率至少要接近锂离子电池的水平呢？

美国哈佛大学在去年发布了一篇论文，以 “三明治” 式的电池结构，将固态电池充满电的时间压缩到20分钟以内。

• 以锂金属取代石墨，作为负极，用以提升电池容量。
• 固态电解质分为两层不同的材质，解决锂金属作为负极所易产生的锂结晶穿透而造成短路的问题。
• 石墨隔层置于正、负极上，隔离固态电解质的直接接触，以在电压升高时发挥隔热的效果。

当然，这个研究报告还是处在实验室的阶段，如何得以实现商业化，还有很长的路要走。整体来看，欧美日等国固态电池新创将在2025年之后陆续将研发成果搭载于成车上试行，并在2028年左右量产。但还是老话一句，如果成本没有逼近锂离子电池，而且电池包（不是电池芯而已）的能量密度还没到500 wh/kg 以上，固态电池就难以替电动车产业带来革命性的改变。