产业分析－固态电池技术即将走入市场

近几年随着电动车兴起，除了电池电量需求攀升外，电池起火等安全性议题，亦成为市场话题。图／本报资料照片

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全球气候变迁大会（COP28）在11月30日于杜拜登场，会议焦点之一是降低对于石化燃料的依赖。在这当中，运输业能源替代是近几年来不断被提及的课题，随着电动车销售屡创新高、渗透率不断提升，安全性与里程焦虑也持续被放大检视，固态电池的量产，有望成为前述两大问题的救星。

■液态电池有起火与电量问题　固态电池技术成解决方案

电池作为储存电力的一种工具，单位重量能储存的电量多寡（能量密度）一直是推动其技术发展的关键，以锂离子作为材料的电池因能量密度较高，自90年代起便成为主流。随着技术的演进，能量密度由50Wh/Kg到2020年已突破300Wh/Kg。然而，近几年随着电动车兴起，除了锂电池的电量需求攀升外，电池本身因外力造成型变进而导致起火等安全性议题亦成为市场话题。

以液态电解质作为能量传输介质的锂离子电池，除了面临能量密度已接近350wh/Kg的技术瓶颈外，其电解质泄漏引起热失控产生超过摄氏1,000度的大火，也成为各家厂商急需解决的问题，并推动固态电解质技术研发。当前固态电池技术发展分三大领域：硫化物电解质、氧化物电解质以及聚合物电解质。

硫化物固态电池：以锂与硫搭配其他如矽、锗、锌等元素作为固态电解质，其优点在于导电效率与能量密度高，缺点则是硫化物固态电池的成本最高；且由于硫对水气敏感度较高，容易产生有毒的硫化氢，因此在生产环境与设备投入亦较高。目前此领域的投资以中日韩公司为主，例如宁德时代、丰田、SK on等。

氧化物固态电池：以锂与氧化金属作为固态电解质如氧化锂、氧化铝锂等，利用氧化物化学稳定性优势，安全性的表现为三种技术中最佳，而成本与导电效率则介于中间。目前此领域以新进厂商居多，包含Solid Power、QuantumScape、辉能科技、清陶能源、比亚迪及鸿海等。

聚合物固态电池：聚合物电解质以高分子聚合物搭配锂盐组成，如聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚碳酸酯类、聚烷氧基类等。优点为三者中最具备价格优势的材料。此外，聚合物固态电池的制成工艺较接近传统锂电池，且尚有轻量化、低温工作时效率较佳等优点。但由于有机聚合物的化学性能较差，因此，电池能量密度及离子传导率较其他两种技术表现差。目前此领域投入者以欧美厂商居多，包含Blue Solution、Ionic Materal、SES、蜂巢能源等。

综观整体三种固态电池技术发展，由于聚合物固态电池兼顾成本优势及生产工艺较接近现有锂电池技术，推测将在近期内成为固态电池的主流，而氧化物电池则将以安全性、相较聚合物技术更好的导电性，以及更高的能量密度后来居上，在2027年超车成为主流。

■三种固态电池技术

各有优缺点

根据工研院数据产科国际所数据显示，固态电池技术上尚有连接面接触断裂、电池寿命及成本问题待解决，因此在2023年安装量仅0.6GWh，渗透率低于1％，但随着技术预计在2024年有所突破，市场需求将来到3.5GWh，且将以91％年均成长率在2030年达到56.3GWh，惊人的成长潜力让个大电池厂商纷纷投入资源试图加速量产脚步。

在燃油车转电动车大趋势不变下，无论是传统车厂或是新创电动车厂，皆希望以更安全且更高续航力的新款电动车抢攻市占率，对于固态电池的合作上大多抱持积极态度。欧美大车厂皆已跟相关固态电池厂商进行合作，其中较知名的厂商有：BMW合作厂商：Solid Power、SILA、CUBERG。VW合作厂商：QuantumScape、CUBERG。Mecedes合作厂商：辉能科技、Factorial、FARASIS。Ford合作厂商：QuantumScape、Solid Power。量产规画大多落在2024到2025年。日本丰田汽车则是以自家固态电池主，优先导入油电混和车上，并计划于2027年推出搭载固态电池的电动车。

在众多车厂中，中国车厂走在最前面，蔚来汽车于2023年6月公布，将固态电池导入Nio ES6车款并于7月上市，官方里程续航超过900公里，与自家电池组相比重量重20公斤，但总电量来到150kWh较原先100kWh电池组在相同体积下提升50％。在中国科技领先的威胁下，将推动其他各家厂商投入更多的研发资源加快量产脚步，而各车厂亦将加快导入新技术，2024下半年预估将看到固态电池电动车正式走进市场。