范淑櫻編譯
鋰離子電池(LiB)在不斷進化的電池產業中持續處於主導地位，預期LiB在電動車(EV)、再生能源等蓄電池用途的採用仍將擴大，而後鋰電池(Post LiB)階段的電池開發亦蓬勃發展中。
目前電動車等各種設備搭載的鋰電池大多使用液態電解質。相對於此，全固態電池使用了固體電解質，將可望促使安全性獲得飛躍性的提升。此外，全固態電池亦有助於提升性能，例如目前已知將5V級正極材料或金屬鋰負極等高容量化材料應用於既有液態類LiB的話，電解液會分解。若為固體電解質將可克服此項問題。
由於安全性與高性能化兼備，因此各界對於全固態電池的期待與日俱增，但現階段仍存有諸多如電極與電解質之間的界面電阻問題等量產化必須克服的障礙。於此之際，近年來做為銜接LiB與全固態電池之「半固態電池」的發展趨勢即受到熱烈探討。
半固態電池利用凝膠、黏土或樹脂等半固體物質做為電解質，在正極與負極之間交換能量。藉由半固態的狀態，即使電池溫度升高，燃燒的可能性也很低。除了可以利用部分現有的LiB生產線之外，並可省略部分工序，減少製造過程中的溫室氣體排放。
在電解質從液態到半固態、固態的趨勢變動中，凝膠等「介於水與固體之間」的電解質研究開發持續推進，日系電池相關企業的動向亦備受關注。
半固態電池量產上市露曙光
若將液體與固體以外的電解質定義為半固態電池，京瓷(KYOCERA)於2020年開始生產的黏土型LiB即屬其一。KYOCERA在半固態電池量產方面領先一步，已於2021年成功達到全球首次的量產化，目前年產能相當於2萬台住宅用蓄電系統，達200 MWh，而稼働率約50%。現已推出半固態電池品牌「Enerezza」。
KYOCERA的黏土型LiB採用了懸浮液與電解液混合而成的電解質，無需黏合劑且鋰離子容易擴散，可形成300～500 μm的厚膜電極，易於提升電池特性。此外，電解液在最初即與活性材料混合，因此不需注入液體製程。鋁箔等零組件成本可削減30%，工序亦隨之減少。另一項優勢則是銅箔變薄，將可提高電動車所需之能量密度。
此外，黏土型LiB未使用液態LiB在電極塗佈時所必需的有機溶劑(1-Methyl-2-pyrrolidone)，而此溶劑為歐盟REACH法規列入限制規範之物質。黏土型LiB即使出現較大變形也不易發生內部短路，且因使用無黏合劑電極材料，具有高性能並支援寬廣的工作溫度區間。在提高了安全性的同時，黏土型LiB實現了約1.5倍的長使用壽命，且可減少製造時約40%的二氧化碳。
目前黏土型LiB採用較低價的正極，容量為140 Wh/kg，僅一般LiB的60%左右，但其優勢在於優越的安全性。KYOCERA也計畫在2025年後量產更高容量之新款黏土型LiB。
日本山形大學衍生新創企業Battery Innovation Hub(BIH)則計畫在2023年度達到半固態電池實用化之目標。BIH半固態電池的電解質採用了OSAKA SODA製造的特殊聚醚(Polyether)，凝膠狀電解質除了具有高柔軟性與伸縮性之外，並擁有與液態電解質同等程度的鋰離子傳導性與優異的保液性。由於採用了反復充放電也不易分解的凝膠狀電解質，實質上可有效減少從製造到廢棄的二氧化碳排放與採購成本。
此外，凝膠狀電解質可與三元系、磷酸鋰鐵等正極材料或含矽製品、天然石墨類負極材料等各類材料結合應用。BIH的半固態電池厚度可設計成1 mm以下，且可彎曲，此外，由於具有抑制電解質分解氣體的效果，相較於既有LiB可望實現長壽命化。
近來BIH與OSAKA SODA也利用特殊聚醚共同開發了隔離膜材料，成功地為隔離膜賦予了溶媒擬固體化之機能。以使用了半固態隔離膜之鋰離子電池(LiB)進行性能驗證後，確認與使用一般隔離膜的電池相比，具有長壽命化之效果。
OSAKA SODA的聚醚係以環氧乙烷類(Ethylene Oxide)單體透過開環共聚合成製成。新開發的隔離膜則是將特殊聚醚溶解在有機溶劑中，並利用塗佈機將其塗佈於以聚乙烯為基材之微多孔隔離膜後製成。研究團隊利用 ---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。