什麼是固態鋰電池

固態鋰電池憑藉其卓越的安全性、更高的能量密度、更長的使用壽命以及寬廣的溫度工作範圍，正日益受到全球關注。與依賴液態電解質的傳統鋰電池不同，固態電池以固態電解質為核心組件——這是決定其性能的關鍵因素。這些固態材料直接影響電池的關鍵屬性，例如功率輸出、循環穩定性、運行安全性以及在高低溫環境下的耐久性。因此，全球的研究機構、領先的電子品牌和汽車製造商都在積極投資於固態電解質技術的研發和最佳化。

• 自 2019 年以來，電動車銷量成長了 40%。這使得各地對電池的需求不斷增長。

• 亞太地區是最大的市場，預計到 2024 年將佔據超過 54% 的資金份額。

• 能量密度可高達500瓦時/公斤，幾乎是普通電池的兩倍。

重點總結

• 固態鋰電池 固態電池採用固態電解質，因此比一般鋰離子電池更安全，不易起火。這些電池在相同體積下可以儲存更多能量，從而延長設備和電動車的使用壽命。它們無需增加體積或重量，充電速度也更快。許多固態電池可在不到 15 分鐘內充電至 80%，這意味著用戶無需長時間等待。目前，固態電池的製造難度更大，成本更高，但科學家正在努力降低成本並延長使用壽命。固態電池市場正在快速成長，電動車、電子產品和儲能領域的需求強勁，預示著其光明的前景。

什麼是固態鋰電池

固態鋰電池基礎知識

一個 固態鋰電池 它採用的是固態電解質，而非液態電解質。這部分固態電解質位於正負極之間。充電或使用電池時，鋰離子會在固態電解質中移動，這種移動產生電流。固態電解質還能確保電池的安全性和穩定性。

製造商使用陶瓷、氧化物、硫化物、磷酸鹽和聚合物來製造固體電解質。陶瓷適用於硬質電池，聚合物則有助於製造柔性電池。有些電池採用薄膜，用於小型電子設備；有些電池則採用厚材料，用於電動車。固體電解質有助於防止液體電解質可能出現的洩漏、膨脹和起火等問題。

科學家發現，非晶態固體電解質能讓鋰離子更容易移動。這有助於電池更好地工作，即使在極熱或極冷的環境下也能如此。電解質內部富含鋰的材料能提供更多的電荷載體，進而進一步提升電池性能。

註：固態鋰電池在相同體積下比傳統電池能儲存更多能量。這使其成為電動車、手機以及其他需要長時間供電設備的理想選擇。

它與鋰離子電池的區別

固態鋰電池和 鋰離子電池 鋰離子電池和固態電池都利用鋰離子來儲存和釋放能量。最大的差別在於電解質。鋰離子電池使用液態電解質，固態電池使用固態電解質。

下表比較了這兩種類型：

• 固態電池使用固體電解質，因此不存在易燃液體引起的火災風險。

• 它們充電速度更快，而且在更熱或更冷的環境下都能運作。

• 製造固態電池成本更高，難度也更大。

• 鋰離子電池價格更低，製造也更容易，因此使用得更多。

科學家仍在努力改進固態電池。他們研究鋰離子的運動方式以及電池各部件的協同工作機制。他們利用特殊材料和設計來幫助鋰離子快速安全地移動。然而，仍存在一些問題，例如如何確保電池的持久耐用，以及防止電池內部開裂或接觸不良。

工作原理

固體電解質的作用

固態電解質位於電池中間，它允許鋰離子從一側移動到另一側。這部分就像一座橋樑，連接著陽極和陰極。液態電解質可能會洩漏並引發火災，而固態電解質則不會。這使得電池更安全、更穩定。

科學家嘗試了多種固體電解質。有些由陶瓷製成，有些使用聚合物，有些則將這兩種材料混合在一起。複合聚合物電解質在柔軟的聚合物內部含有微小的陶瓷顆粒。這為鋰離子提供了更多的移動路徑，從而使電池能夠更快地工作並延長使用壽命。

註：測試顯示，採用固態電解質的電池在0.5C倍率下循環250次後，幾乎仍能保持全部電量。此外，它們的鋰離子移動速度也比老式電池快近一倍。

下表展示了固態電解質如何幫助電池：

鋰金屬陽極

鋰金屬陽極為電池提供大量能量。它是一層薄薄的金屬層，能在很小的空間內儲存大量的電荷。電池工作時，鋰離子離開陽極，穿過固態電解質到達陰極。充電時，鋰離子又返回陽極。

測試表明，鋰金屬負極有助於延長電池壽命並提升性能。有些電池在高容量下循環1250次後仍能維持大部分電量。當能量密度達到每公升1000瓦時，這對電動車來說非常理想。固態電解質還能抑制枝晶等尖銳物質的生長，以保障電池安全並加快充電速度。

固態電解質和鋰金屬負極協同工作。它們有助於電池儲存更多能量、延長使用壽命並確保安全。

優勢

安全

固態鋰電池採用固態電解質，而非液態電解質。這意味著不會發生洩漏或起火。這種電池不使用易燃液體，因此在使用或充電時更加安全。測試表明，與舊式電池相比，固態鋰電池不易過熱或短路。它們還能通過嚴格的安全檢測，例如加熱測試和短路測試。

• 內部不含易燃液體

• 減少洩漏或火災風險

• 在安全測試中表現更佳

安全性是企業希望在汽車和電子產品中使用固態電池的重要原因。

能量密度

固態鋰電池在相同體積下比普通鋰離子電池能儲存更多能量。這是因為固態電解質使得電池層更薄，並且可以使用金屬鋰等高強度材料。下表顯示了這些電池的儲能能力提升了多少：

能量密度越高，設備就能在不增加體積或重量的情況下，延長使用壽命或實現更多功能。

充電速度

固態鋰電池的充電速度遠超傳統電池。多家公司和實驗室的測試表明，某些電池可在不到 15 分鐘內從 10% 充至 80%。這些電池能夠持續快速充電數百次，因此使用壽命很長。在一項測試中，一顆電池在不到 10 分鐘內即可充至 80%，並在使用 3000 次後仍保持 80% 以上的電量。

快速充電可以讓電動車和電子設備減少充電時間，增加使用時間。

挑戰

製造問題

要製造固態鋰電池並非易事。工廠需要特殊的材料和工具。陶瓷難以成型，需要高溫高壓。卷對卷工藝適用於薄而易彎曲的部件，但對於厚或硬的部件則更為困難。工人必須檢查是否有空隙，並確保晶體結構正確。如果層間混合或鋰沉積，電池就會損失電力。工廠使用先進的機器來檢測每個零件。材料必須易於取得且性質穩定，否則電池生產速度將會減慢。

• 剛性部件使得製造許多電池變得困難。

• 高溫高壓會使情況變得更加複雜。

• 層間問題會導致電池續航時間縮短。

• 品質檢測需要專用機器。

成本障礙

固態鋰電池的製造成本比普通鋰電池更高。工廠需要為LLZO和LGPS等材料支付更高的價格，這些材料每公斤可能高達數千美元。製造固態電解質的成本約為 70% 固態電池佔總成本的很大一部分。工廠需要特殊的設備來承受高溫高壓。由於含有陶瓷零件，回收難度更高。專家表示，每千瓦時的最低成本為 113 至 157 美元。普通鋰離子電池的成本約為每千瓦時 101 美元。如此高的價格使得固態電池難以低價銷售。

技術障礙

技術難題阻礙了固態鋰電池的發展。固態部件間的高電阻導致供電困難，也加速了電池的損耗。枝晶會在電池內部生長，引發短路或起火。固態部件中的應力和裂縫會導致層間分離，從而縮短電池壽命。有些電池需要高溫高壓才能正常工作，這使得它們難以應用於實際產品。科學家發現，鋰會在電池層間積聚並發生變化，這會引發枝晶生長，最終導致電池失效。這些問題解釋了為什麼難以製造出安全耐用的固態鋰電池。

固態鋰電池的使用

消費性電子產品

現在許多公司都這樣做 固態鋰電池 這些電池廣泛應用於手機、筆記型電腦、平板電腦和穿戴式裝置。它們能延長設備的續航時間，並加快充電速度。此外，由於洩漏或起火的風險更低，這些電池也提高了設備的安全性。這類電池的市場成長迅猛。 2023年，其市場規模達8,510萬美元。專家預測，到2030年，市場規模將達到3.581億美元。這主要得益於電池更高的能量密度、更安全的設計和更小的尺寸。陶瓷和聚合物複合材料等新型材料的出現，也使得電池在小型裝置中表現更佳。各公司正不斷探索新的生產方法，以更快的速度、更低的成本製造電池。

• 固態鋰電池透過防止洩漏和降低火災風險，使設備更安全。

• 新型電解液和智慧設計使電池能夠裝入更小的設備中。

• 由於人們想要更安全、更耐用的電子產品，市場正在快速成長。

電動車

固態鋰電池改變了電動車的運作方式。這些電池讓汽車續航里程更長，充電速度更快。例如，蔚來ET7轎車採用半固態電池，一次充電可行駛650英里（約1050公里）。三星研發的電池可在不到10分鐘內充電至80%，續航里程超過600英里（約965公里）。賓士測試了一款搭載固態電池的汽車，其續航里程比使用普通電池的汽車增加了25%。這種電池還能減輕汽車重量，提高安全性。許多汽車製造商都喜歡這種電池。 豐田、本田和寶馬 想盡快使用這些電池。

實驗室測試表明，某些固態電池的壽命可達 6000次循環 充電僅需5到10分鐘。這比普通電動車電池好得多。

電網儲能

固態鋰電池也有助於為電網儲存能量。這些電池壽命更長，而且 在炎熱或寒冷的天氣下都能很好地發揮作用它們在數千次使用後仍能保持電量，因此非常適合儲存太陽能或風能。即使頻繁使用，這些電池也能保持安全穩定。企業和政府投入資金研發這些電池，以提高儲能的安全性和可靠性。隨著再生能源的廣泛應用，固態鋰電池將有助於保障電力供應。

BSLBATT在固態鋰電池領域突破

51.2V 280Ah

BSLBATT 的 51.2V 280Ah 電池效能大幅提升。這款電池採用特殊的固體材料，安全性更高，動力更強勁。工程師將其應用於電動車、備用電源等高能耗設備，也適用於大型儲能係統。

這 BSLBATT 51.2V 280Ah 電池 這款電池的獨特之處在於其高電壓和大容量。這使得它能夠儲存更多能量，並在需要時快速釋放。該電池在高溫或低溫環境下均能良好工作，因此在許多領域都非常可靠。

以下是主要技術細節：

這款電池能夠承受強電流，因此可以驅動重型機械或快速為車輛充電。它在寒冷和炎熱的天氣下都能正常工作，非常適合戶外或工廠環境使用。

BSLBATT的51.2V 280Ah電池安全可靠、動力強勁、壽命長。無論是日常使用還是緊急情況，人們都可以信賴它。

該公司不斷改進電池性能。他們希望盡快開發出更強大的電池和更多用途。

未來展望

產業路線圖

專家認為，先進電池市場很快將迎來大幅成長。市場規模可能會從 2023年為1.0437億美元，到2030年將達7.6831億美元。這是一個巨大的飛躍，年增長率高達33%。到2033年，市場規模可能超過1200億美元。亞太地區將引領成長，佔超過35%的市場。這一成長主要得益於電動車、小型電子產品和新技術的普及。

許多地區都將使用這些電池。到2030年， 10-15% 的新電動車 可能擁有它們。 超過 55% 的小型電子產品 目前已有企業開始使用電池。醫療器材和飛機產業也對電池很感興趣。豐田、QuantumScape 和羅伯特博世等公司都在電池研發和生產方面投入大量資金。

快速充電、更長的使用壽命和更高的安全性將有助於這些電池在汽車、設備和電網中普及。

研究與創新

研究和資金不斷推動電池性能的提升。大型企業和政府投入數十億美元用於改善電池性能並降低成本。本田計劃投入巨資。 十年內達 398.4 億美元 並將在北美新建一座工廠。美國政府撥款30億美元用於電瓶研發。法國Blue Solutions公司正在興建一座大型工廠，預計到2030年可生產25吉瓦時的電池。

科學家致力於研發新型電解液、更安全的電池和更快的充電速度。他們利用人工智慧和數據來提高工作效率。隨著更多公司的加入，新理念的湧現速度將會更快。先進電池的未來前景一片光明。

固態電池更安全、儲能更大、充電速度更快。它們使用固體電解質，使離子能夠快速移動。有些固態電池的離子電導率可高達 1 x 10^-2 S/cm，如下圖所示：

但是這些電池成本很高，製造難度很高。

• 更高的安全性和更強的能源效率有助於許多企業的發展。

• 高成本和層間阻力仍然是需要解決的問題。

科學家正努力解決這些問題。許多人認為，隨著新的發現，這些電池將會被廣泛應用。

常問問題

固態鋰電池比一般鋰離子電池更安全的原因是什麼？

固態鋰電池 這種電池採用固態電解質，不會洩漏或燃燒。使用這種電池的設備能夠透過更多安全檢測，因此人們可以放心地將其用於汽車和電子產品中。

固態鋰電池何時才能在電動車中普及？

大多數專家認為，固態電池將在2027年或2028年應用於電動車。一些公司已經在新車上進行測試。不過，要普及可能還需要幾年時間。

固態鋰電池的充電速度比其他電池快嗎？

是的！測試表明，固態鋰電池可以在不到 15 分鐘內充電至 80%。這種快速充電方式有助於電動車和電子設備減少充電時間。

固態鋰電池對環境更友善嗎？

固態電池壽命更長，且採用更安全的材料。回收情況正在改善，但仍需改進。