林幸慧 /台灣電池協會(TBA)
固態電池近年來一直為國際大廠與研究機構的熱門投入領域，在2019年也開始有業者提出可商業化之樣品技術，標榜在2020年後陸續投入商業化應用。本文解析太陽誘電、FDK、村田製作所、三洋化成、日立造船等日商在固態電池最新的研發成果、產品量產期程與技術發展目標。藉由觀察全固體電池產品上市後的性能表現，可用以評估未來固態電池是否能順利大規模生產。
【內文精選】
2020年為國際固態電池導入量產關鍵時點
固態電池(Solid-state Batteries)是將傳統鋰離子二次電池的電解質材料，以固態電解質替代液態或膠態電解質的電池技術。固態電池技術發展上不僅為固態電解質的開發，同時也包含高能量密度正負極材料的研究，甚至是電池製造技術的改良。因其具備解決現有鋰離子電池安全性與進一步提高電池能量密度優勢，近年來一直為國際大廠與研究機構的熱門投入領域，在2019年也開始有業者提出可商業化之樣品技術，標榜在2020年後陸續投入商業化應用。
氧化物固態電池聚焦於微型化、小型電子產品或元件應用
2019年發布固態電池最新產品與導入量產化期程之廠商包含太陽誘電(Taiyo Yuden)、FDK、Murata等，這些業者都聚焦於微型化、小型電子產品或元件應用需求出發，因此固態電池產品都以小容量且應用於穿戴式裝置、智慧型行動裝置或IoT聯網裝置應用為主。日本電子元件大廠太陽誘電透過應用其主要業務積層陶瓷電容(Multi-layer Ceramic Capacitor; MLCC)所培養的材料技術背景和工藝技術，來投入開發基於氧化物的固態電池產品。2019年12月，太陽誘電發布有關於該公司固態電池產品新聞稿，宣布已活用該公司積層陶瓷電容技術，研發出氧化物陶瓷系電解質的全固態鋰離子電池產品，初步設定將於智慧型手錶等穿戴式裝置上應用，目標為在2021年量產後穩定將月產量提高至10萬個。太陽誘電公司現有產品應用領域與電能儲存技術發展標的領域如圖一所示。
全樹脂電池最快將於2021年問世
2019年10月三洋化成(Sanyo Chemical)宣布將在日本興建全樹脂固態電池量產工廠，產能將達GWh等級，預計2021年度量產。三洋化成生產的全樹脂電池(All Polymer Batteries)是與日本慶應大學的新創企業APB共同研發。三洋化成運用其多功能事務機的碳粉以及紙尿布材料上的技術，來製作全樹脂電池的電解質「凝膠狀樹脂」，並將電極、隔離膜等電池材料更換成樹脂，每1 Wh全樹脂電池的製作成本約為12日圓，目前已利用位於日本愛知縣的試量產線進行試作。如圖二所示，全樹脂電池在鑽孔與切割過程皆不會起火與爆炸，甚至溫升不超過1˚C，而且因為樹脂本身特性，該電池形狀自由度提高，甚至可使用3D列印技術生產全樹脂電池。
圖二、全樹脂電池製作技術與濫用條件測試
硫化物固態電池製造商日立造船初期目標小型特殊應用如航太領域
日立造船(Hitachi Zosen)利用機械製造商的強項「乾法製造技術」開發薄層積層型全固態鋰離子電池，Bulk型的大容量全固態電池，需將電解質與其他電池材料反覆進行塗佈與乾燥工程，且須對材料施以高壓使電解質與兩側電極密切接合。日立造船計畫在2019年生產全固態電池，初期主要為航太等特殊領域市場，之後計畫於2030年搶進汽車領域市場，其發展藍圖如圖三…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖三、日立造船固態電池發展藍圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》400期，更多資料請見下方附檔。