具高安全性與高能量密度優勢
固態電池技術成為重要的發展方向

使用易燃電解液的鋰電池有洩漏與爆炸的疑慮，因此採用固態電解質取代電解液的固態電池成為業界積極推動的發展方向。固態電解質依存在的型態大致可分成全固態電解質與類固態電解質，鋰電池可單獨或配合使用固態電解質，若電池使用的電解質、正負極等材料皆為全固態型式存在時則稱為全固態電池。

全固態電解質包含硫化物、氧化物、高分子等電解質，考量到離子導電度與穩定性等性能，目前較多廠商投入硫化物與氧化物電解質。全固態電池不僅為全固態電解質的開發，同時也包含高能量密度正負極材料的研究，甚至是電池製造技術的改良，因此許多企業選擇與研究單位或透過企業合作共同開發全固態電池。全固態電池的研發主軸已由最初開發高離子導電度的全固態電解質，逐步轉向開發全固態電解質量產技術與電池製造技術。為了提高量產可能性，硫化物製造商的目標為朝向可在大氣環境下製作；氧化物製造商希望降低製程溫度至400℃。就現階段來看，不論採用何種技術，大多的全固態鋰電池仍處於試驗階段，相較於現有液態體系，其循環壽命與充放電倍率性能仍待進一步改善，才可能進入量產階段。除高安全性外，當固態電池搭配合適正負極材料，亦能大幅度提高能量密度，因此不僅材料與電池製造廠商投入，多家車廠亦紛紛投入資源進行開發，當前固態電池的目標不光是在2030年前商業化，更有廠商希望使用固態電池的電動車之行駛距離由現今的400 km提升至800 km。初期固態電池可能是維持現有正負極材料體系，僅替換液態電解液，後期則是採用更高能量密度的正負極材料以開發諸如鋰硫電池的產品。考量到現階段試驗電池的性能仍須改善，材料量產與電池製造技術亦尚未克服，保守估計大多的全固態電池在2030年時才剛進入商業化初期，若要普及化或取代現有技術體系，必須綜合衡量能量密度、功率密度、成本、循環壽命、安全性等多方面的要求，以期滿足市場的要求。

亞洲成熟市場促進產、學、研共同開發
新興市場需奮力一搏方能趕上世界趨勢

節能減碳趨勢下，中國、日本、南韓、泰國、菲律賓等亞洲國家紛紛設定電動車推動願景與時間，近年來也因各國政府利用購車補助或減免稅率吸引民眾購買電動車，進而帶動全球電動車市場蓬勃發展，使得電動車成為鋰電池主要應用產品之一。隨著電動車安全性日益受到重視，許多車廠積極開發固態電池，也為此設定未來銷售目標。對於目前已有投入開發固態電池的中國、日本、南韓，以及剛推動電動車與鋰電池相關產業，但目前尚未投入固態電池的泰國與菲 律賓，這些國家普遍認為在2030年時固態電池對於該國的影響性與滲透率皆會很高。電動車的銷售與技術走向皆會受到政策的影響，例如中國利用購車補助大幅度提升中國鋰電池製造商的技術與出貨數量；動力電池的正極材料也因此由磷酸鋰鐵轉向較高能量密度的三元材料。中國在『節能與新能源汽車技術路線圖』提到動力電池未來能量密度、成本與循環壽命的發展目標，例如能量密度在2025年與2030年的目標分別為400 Wh/kg與500 Wh/kg，現有三元鋰電池體系將很難達到500 Wh/ kg，因此中國許多研究單位與企業投入開發高能量密度的固態電池，例如中國科學院、寧德時代、比亞迪、贛鋒鋰業等。目前主要的大廠都還在開發階段，反而是過往鋰電池出貨較少的廠商已宣稱進入第一代固態電池試量產階段。全球領先動力電池供應商之一的寧德時代已開發高分子與硫化物固態電池多年，他們發現對硫化物電解質進行摻雜可提高在空氣中的穩定性，也認為硫化物固態鋰電池的製造技術將與傳統鋰離子電池有很大的差異，因此善於開發電池製造技術的寧德時代將有利於發展固態電池，目前固態電池仍在開發階段而尚未公告試量產時間。除了自行開發，也有部分企業選擇投資或與國外共同開發，例如A123、勁能科技、天齊鋰業等。

面臨中國近年來的快速崛起，日本與韓國已面臨一定的威脅，若要持續在未來電池技術扮演領導角色，下世代固態電池的掌握度變得相當重要，因此日本與韓國對於固態電池的投資額與整備度皆明顯高於其他國家。日本部分企業與研發單位將展開產學研合作，希望透過共同研發幫助全固態電池早日應用於電動車，此為日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）主導的第二期全固態鋰電池合作 項目，該項目預計總投資100億日圓，總共有豐田汽 車、松下、出光興產、村田製作所等23家汽車、電池與材料製造商，以及東京工業大學、京都大學等15家研發單位共同參與。根據NEDO對於動力電池 技術轉移的預測，2030年的主流技術應為全固態鋰電池，其中包含第一代硫化物固態鋰電池與第二代先進硫化物或氧化物固態鋰電池。日本開發硫化物電解質或其電池的廠商包含豐田汽車、三井金屬礦業、出光興產、日立造船等，目前主要仍在試驗階段，而發展方向主要為硫化物製作條件的改善與電池製造技術的開發。日本開發氧化物電解質或其電池的廠商包含豐田汽車、東邦鈦金屬、OHARA、東京電力等，目前已有廠商少量生產氧化物固態電解質，但主要為小尺寸產品，如何量產氧化物固態電解質，尤其是量產大尺寸固態電解質與全固態電池已成為廠商目前主要研究方向。

認為固態電池應擁有較高投資優先度的國家包含在鋰電池已擁有領先技術的日本與韓國，以及近年來積極推動電動車與鋰電池相關產業，但目前仍未投入大量資源的泰國與馬來西亞。泰國正在推動產業升級Thailand 4.0計畫，包含引進更佳的生產流程與技術與落實節能減碳的環保趨勢，目前泰國利用設備進口免稅、免企業稅等優惠吸引國際大廠在當地建設電池廠或電動車廠，因此Mercedes-Benz、BMW、豐田汽車等車廠皆規劃在泰國設廠。對於泰國與馬來西亞而言，現在開發電解液體系的鋰電池勢必很難追上其他國家，而且可能面臨開發完成後主流電池技術已轉成全固態電池，因此直接跳過當前技術而投入研發全固態電池可能為解決方向之一。截至目前為止，當地政府或廠商尚未投入大量資源開發固態電池，不過該國智庫認為固態電池應擁有較高的投資優先度，因此未來的投入將指日可待。

台灣將從不同面向切入固態電池應用

雖然鋰電池為當今化學儲能的主力，但仍有許多研究團隊試圖找出比鋰電池更加安全與環保的儲能技術，國立成功大學洪飛義教授與呂傳盛教授團隊近年來已成功研發出全固態鎂電池，雖然原型電池僅能用0.05C至0.1C的充放電倍率，但電池的克電容量與耐高溫性能已較鋰電池為佳，因此該技術也受台灣廠商的肯定而簽訂合作計畫，希望能將技術早日商業化，目前亦進入評估量產階段。雖然氧化物固態電解質具有低離子導電度與易脆等缺點，但因化學穩定性高，可以在大氣環境下穩定存在，仍有許多研究單位與廠商選擇開發氧化物固態電解質，但也受到材料本身易碎的影響，大多僅能應用於積層型（Stacking）電池。該團隊不僅可製成積層型固態鎂電池，透過調整氧化物材料配比與燒結條件增加材料柔軟性，目前也已成功研發出捲繞式固態鎂電池。

除了成功大學，台灣仍有許多廠商與研發單位投入全固態電池的相關研究，包含輝能科技、原子能委員會核能研究所、工研院材化所等，其中輝能科技為少數使用氧化物電解質製作固態電池而有銷售實績的廠商。工研院研究團隊開發全固態電解質已一段時日，對於有機高分子、無機氧化物、複合材料皆有一定程度的研究，目前的作法為複合高分子與氧化物製作固態電解質，用高分子改善氧化物的加工性，而氧化物則可提升固態電解質的機械性能，除此之外，高分子可填充氧化物電解質晶粒間以及其與正負極板間的空隙，用以大幅度降低電池阻抗。