複合式固態電解質關鍵技術發展趨勢：材料世界網

王星淳 / 工研院產科國際所

在全球電動化與能源轉型趨勢下，鋰離子電池逐漸面臨能量密度、安全性與快充性能的多重瓶頸，促使固態電池成為下一代電池技術的重要發展方向。然而，固態電池在材料機械性能、固－固界面阻抗與量產製程相容性方面仍存在顯著挑戰。本文分析複合式固態電解質技術的發展脈絡，說明其如何透過聚合物與無機材料的複合設計，在導電性、機械強度與製程彈性之間取得平衡，並進一步延伸至正極複合電解質層(Catholytes)與負極複合電解質層(Anolytes)等電極內嵌應用。透過比較國際指標廠商的技術路徑與商業化進程，本文顯示固態電池產業已由單一材料性能發展路徑，逐步轉向電極結構設計、界面工程與製造技術整合，為高能量密度、高電壓、高安全性與可量產化的固態電池奠定關鍵基礎。

【內文精選】

固態電池(Solid-State Battery; SSB)透過不可燃的固態電解質取代液態成分，被視為解決安全隱患並能導入高電壓正極與鋰金屬負極潛力的核心關鍵。固態電池的未來發展趨勢中，在應用場景的持續擴大下，將具有規模性滲透市場的潛力。然而固態電池雖在技術上有所突破，但目前仍處於初期階段。根據ID TechEX的市場需求預測，其需求量從2023年開始有了起步，並在2025年後有了快速增長的趨勢，預期2030年，全球鋰固態電池需求量預計可達到約42 GWh。儘管增長趨勢強勁，但相較於全球鋰電池下游總需求量，固態電池的滲透率僅占約1%，顯示其商業化普及仍有漫長的轉型期。在應用分佈上，純電動車(BatteryElectric Vehicle; BEV)是主要的驅動力，至2030年仍占據超過85%的需求占比（約35GWh），其餘則由電動卡車(2.4 GWh)與消費型電子產品(1.5 GWh)組成（如圖一）。前述2030年高達35 GWh的電動車市場需求，固態電池若要實現從1%滲透率向大規模量產跨越，必須先克服固態材料在能量密度、安全性與製程兼容性之間的平衡，核心關鍵在於固態電池在量產製程中，面臨著固態電解質材料機械性能不佳、界面阻高以及環境穩定性差等工程挑戰。為了突破上述瓶頸並滿足車用市場對大規模生產與性能穩定的嚴苛要求，產業研發重心已從單一材料體系的改善，轉向尋求能兼顧導電性與加工彈性的解決方案，進而促成了複合式電解質技術的興起。

圖一、全球鋰固態電池應用分布

2. Samsung SDI硫化物固態電解質與全固態的高電壓正極整合

在Samsung SDI的技術體系中，硫化物固態電解質與正極端的界面整合是其維持高離子電導率的核心。該技術採用具備硫銀鍺礦結構的Li6PS5Cl作為電解質基質，利用其優異的彈性與加工特性，在與高鎳NMC正極混合時，能透過輾壓製程形成緊密的接觸界面。為了進一步改善電極內部的離子傳輸，正極層內均勻分布著顆粒狀的固態電解質作為Catholyte，在無需添加液態電解液的情況下，建構出全固態的離子傳導路徑。這種全固態設計雖然對粉體加工與界面穩定性的要求極高，但能有效避免液態電解質在高電壓下的氧化分解，從而支持高能量密度正極材料的長期穩定運行（如圖五）---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。