仝梓正、劉如熹/台灣大學化學系；胡淑芬/台灣師範大學物理系
鋰離子電池經三十年之發展業已被學術界與產業界廣泛研究，亦已廣泛應用於智能電網、移動電子設備與電動交通工具。然而，鋰離子電池之安全性問題為其發展之瓶頸。全固態電池因其出眾之安全性，現已成為儲能科學之研究重點目標。固態電解質為固態電池之核心材料，固態電池之性能具關鍵性之影響。目前，氧化物、硫化物、鹵化物、聚合物與有機無機複合型固態電解質被廣泛研究。因低離子電導率、化學與電化學穩定性與點接觸等問題，限制固態電池之實際應用。日本豐田、韓國三星、中國寧德時代、清陶與台灣輝能等公司業已開啟固態電池產業化之進程。未來有機無機複合固態電解質材料最可能成為產業化之固態電解質材料。
前言
隨全球氣候變化與化石能源之枯竭，綠色能源之開發與利用已成為科學界與產業界關注之焦點。鋰離子電池於上世紀九十年代實現工業化生產，並廣泛應用於移動電子設備與電動交通工具。近年隨原油價格之上漲，鋰離子電池逐漸取代內燃機成為民用交通工具之動力來源。而當前普遍使用之有機電解液存在爆炸等安全隱憂，此已成為限制鋰離子電池發展之瓶頸。固態電解質之熱穩定性較高，可提升傳統以液態電解質為主之鋰離子電池熱穩定性。為達大規模商業化應用之目的，固態電池之壽命須高於十年之市場預期，且固態電池循環充放電1,000週期之容量保持率需高於80%，然而目前之固態電池仍未達此目標。
目前鋰離子電池普遍使用碳基材料為負極，未來鋰金屬負極將應用於鋰離子電池中以提升電池之能量密度。屆時，固態電解質將取代液態電解質以生產高安全性能之電池，如圖一所示。本文將綜述固態電解質之種類及各類固態電池之優缺點。爾後闡明固態電解質與固態電池面臨之挑戰。最後本文將介紹當前固態電池市場之主要生產廠商。
圖一、鋰離子電池發展之歷程
固態電解質之種類
當前氧化物型(Oxide)、硫化物型(Sulfide)、氫化物(Hydride)、鹵化物型(Halide)、薄膜型(Thin Film)、聚合物型(Polymer)與有機無機複合型固態電解質被學術界廣泛研究，如圖二所示。無機類固態電解質之離子於不同位置間之跳躍而進行離子傳遞。故此無機類固態電解質具高離子電導率與離子選擇性。而聚合物類固態電解質之鏈擺動以傳遞離子，此一過程使鋰鹽之陰陽離子同時運動，故此聚合物型固態電解質之離子電導率與離子選擇性較低。
圖二、各類固態電解質性能之總結
無機固態電解質主要分為氧化物、硫化物與鹵化物。以上三類固態電解質中以氧化物之熱穩定性最佳，而硫化物之離子電導率最高。鹵化物為較新發明之固態電解質類型，其各類性能有待進一步開發。無機固態電解質之化學與電化學穩定性亦為固態電解質開發之重點。硫化物型固態電解質與石榴石型氧化物固態電解質之空氣穩定性不佳。鈉超離子導體型(Natrium Super Ionic Conductor; NASICON)氧化物固態電解質之空氣穩定性最佳，但其離子電導率與電化學穩定性不佳。無機類固態電池之電化學穩定性主要由正負極界面是否發生氧化還原反應判定。石榴石型固態電解質之正極界面容易被氧化，而鈉超離子導體型氧化物固態電解質之負極界面容易被還原。硫化物型固態電解質之電化學穩定性整體---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。