何謂固態電池——從液態到固態的能源革命

上次說過固態電池，其實現在的鋰電池和所有電池一樣，有正負極，中間用液態電解液來傳導能量。當充電時，它負責將鋰離子從正極運送到負極；放電時，再把鋰離子從負極運回正極。這個過程構成了電池的電流迴路，是電池能夠儲存和釋放能量的基礎。

液態電解液主要由有機溶劑、鋰鹽組成，並有一些添加劑來改善性能。當中會有一層隔膜，防止正負極接觸引起短路，所以隔膜會有很多微小孔洞，容許鋰離子通過，電池才能發電。

液態電解液的缺陷有很多，其中最重要的是中間由隔膜隔開，很容易因物理缺陷而出現短路產生內熱。有機溶劑高度易燃，所以鋰電池如果出現短路，就會失控著火，密封的設計會產生高壓逼破外殼而出現物理爆炸。

固態電池是使用固態物作為電解質，理論上固態電解質更穩定，可以配合能量密度更高的正負極物料，使電池能量密度大幅提升。另外固態物理論上不易燃，離子活動速度更高，可以極速充放電，不容易起火，也沒有因「谷爆」而引致的物理爆炸危險。第三，電解質更長壽，充電次數可由現時的一千次變成一萬次以上。

聽起來很完美，現時全球所有的大電池廠已努力研發了約十年，但價廉物美效果好的物料仍不容易研發出來。第二，固體物料與正負極的接觸位，由於是固體對固體的接觸，很難做到完全無虛位給鋰離子通過。就算可以做到，固體經長時間熱脹冷縮也會出現缺口，這個問題比第一個物料問題難解決得多。

為解決第二個問題，現時大電池廠已出現了一個折衷方案，就是用90%以上的固態電解質，配上約10%的電解液，我們稱這個方案為半固態電池。現時半固態電池已初步量產，根據業內估計，全固態電池的量產時間約在2030年左右。