電池聊什麼才內行2-聚合物電解質電池

👉上篇我們提到，液態電解質電池能量密度上限約在300~350 Wh/kg左右，固態電解質電池天花板較高，約在500 Wh/kg。電解質轉成固態，可以解決液態電解質電池易燃易爆炸易洩漏等安全性問題，而安全性的提升，又能進一步減少包材，提升電池pack的能量密度。

👉話雖如此，固態電解質電池的能量密度，仍要超過現有的液態電解質電池，才有研發實益。下表一是液態電解質電池中較優秀的幾款，方便大家比較的聚合物固態電解質(下稱聚合物電解質)電池，或其他路徑固態電池是否具備實際效益。

🎁🎁聚合物電解質(電池)的研發概況🎁🎁

👉聚合物電解質，相較於硫化物電解質、氧化物電解質，製作過程安全性高，是最容易加工封裝組成電池的固態電解質。加拿大的Hydro Ouebec、法國運輸集團Bolloré旗下子公司Blue Solutions在這條技術路徑上握有重要專利，兩者於2007年開始共同合作研發，是聚合物固態電解質電池的主要陣營(下稱HOBS陣營)。

👉HOBS陣營十年前研發的聚合物電池，以既有的技術與設備即可製備，因此得以低價量產。但做出來的成品相當不堪：電池能量密度僅110 Wh/kg，且無論汽車運作與否，須給電池配置200W加熱器使溫度維持在攝氏60-80度，否則無法運作。

👉近來，HOBS陣營提供的聚合物電池LMP-63，供戴姆勒電動巴士使用。雖然工作溫度仍須維持在攝氏50-80度，但電池能量密度達250 Wh/kg更具實用性。可惜該款電動巴士於2021年3月中旬被戴姆勒集團召回，召回理由是電池模組有缺陷，而缺陷出在哪個環節則沒有更進一步披露。

🎁🎁聚合物電解質固態電池的技術難題🎁🎁

👉 與表一的液態電池相較，HOBS陣營的聚合物電解質電池似乎效益不佳；若欲探究原因，則要回到電池原理談起。如下圖一。電池要能放電，仰賴「離子從負極經電解質走到正極」的效率，一般簡稱為「離子電導率」，單位可以寫作106 μS/cm = 103 mS/cm = 1 S/cm。離子電導率越大，離子透過電解質的躍遷越活躍，液態電解質的離子電導率約為10-3 S/cm~10-2S/cm之間。

👉相較於氧化物、硫化物電解質的離子電導率在10-4 S/cm、10-3 S/cm，聚合物電解質離子電導率僅10-5 S/cm，為其他路徑的1%~10%之間。故儘管HOBS陣營努力研究聚合物電解質的各種可能性(如最適工作溫度等)，考慮各方面的當前最佳方案仍落在電池能量密度250 Wh/kg(外加及工作溫度攝氏50-80度的限制條件)，未能勝過表一的液態電池，尚不具實用量產的效益。

🎁🎁各自的技術難題🎁🎁

👉僅管聚合物電解質的離子電導率較差，HOBS陣營仍未放棄聚合物電解質這個路徑，因為該款電解質與鋰金屬適配性佳，能輕易達成2,000次以上的充放電下仍保有80%電池容量的效益。

👉而硫化物固態電解質、氧化物固態電解質雖然離子電導率較差高，但也有各自的難題要面對，之後依序向讀者朋友報告。