電池聊什麼才顯得內行-3硫化物固態電解質電池

👉上一篇我們提到，聚合物固態電解質的離子電導率只有硫化物固態電解質1%，先天不良使得聚合物固態電解質電池在能源密度的效益上比不過液態電池(如圖一)，那硫化物固態電解質(下稱硫化物電解質)電池，是人類解決儲能問題的聖杯嗎？

圖一

🎁🎁硫化物電解質(電池)的研發難題🎁🎁

👉硫化物電解質的離子電導率高達10的-3次方 s/cm，跟液態電池差不多快，約是氧化物電解質的10倍、聚合物電解質的100倍。因此硫化物電解質的充放電效率極高，電解質可以讓離子快速躍遷，但就此衍生的難題是：

A.電解質與正負極的介面，若因不夠密合等原音或離子電導率不高，那會拖垮硫化物電解質電池整體的充放電效率，失去選擇硫化物電解質做電池的意義。

B.電池容量下降的極快、循環充放次數低，成本極高。

C.以及負極的析鋰問題，會使電池變形裂開。

👉上面難題A很好理解--整體的評價取決於最弱的一環。而難題B、C的問題意識，以示意圖方式解析如圖二。而最後一個難題D，則是硫化物電解質本身要在嚴格的無水環境下製作；另外在電化學反應下，會產生硫化氫(H2S，劇毒性氣體)，製造與使用過程都要特別硫化物電解質小心。

👉綜上，硫化物電解質是潛力高，但製程難度最大、最危險的技術路徑。有相當多的陣營認為他們可以克服A~D的技術難題，包含三星、Nissan、豐田、SolidPower、蜂巢能源及ENPOWER等。其中，ENPOWER在2022/7/8發表了能量密度479Wh/kg，單顆達100Ah級別的固態鋰金屬電池，儘管沒有該款電池更進一步的資訊，ENPOWER仍是這個路徑中最成功的陣營，因此以下摘要ENPOWER於2022/4/28線上研討會的內容，分成技術能力/製程、量產能力、使用效益摘要說明ENPOWER的技術狀況。

🎁🎁ENPOWER技術能力🎁🎁

👉技術能力/製程，ENPOWER

​ ​​.正極：

Ⅰ.採致密層包覆技術，以克服技術難題B。

Ⅱ.以濕法製備正極，但要使用哪一種溶劑，不願透漏。僅稱這是硫化物電解質工藝最核心的技術突破點，要從既有的體系環苯、苯甲醚等挑選，又要通盤考慮黏接劑、導電劑的兼容性，難度非常高，

Ⅲ.另外ENPOWER體系的正極重量遠高出文獻質，且正極材料利用率很低，是因為EMPOWER在正極材料中摻入導電劑去建構離子電導的通常網絡，已克服技術難題A。

.負極材料：鋰表面處理技術，以克服問題C，詳細內容未透漏。另外在微米矽、銀碳負極，金屬鋰中三種材料中，ENPOWER最看好鋰金屬。

.硫化物固態電解質：

Ⅰ.靠適當的材料參雜保護，以提升硫化物的穩定性，以克服問題D。

Ⅱ.影響A、D的硫化物電解質粒徑，則不願意透漏是納/微米，或其他可能性。

整體組裝：為了克服技術難題A，ENPOWER採用圓柱形電池以便自加壓--即便圓柱形封裝又對硫化物電解質層的製備有更高的要求，但這部分EMPOWER已攻克。另外，蜂巢能源對於電池內部高壓也有強調，豐田甚至在這方面有專利。

👉量產能力：

.單顆電池的容量上限：在能量密度達到385Wh/kg的標準下，電池大小從1.1Ah放到大11Ah效益提升很明顯。11Ah之後效益很難提升。

.原料的量產能力：完成公斤級的正負極、硫化物電解質製備，但在組裝時，小電池5*5cm，enpower是有把握做出來的並能維持一定良率；而理想的大尺寸應該要在50*50cm左右，但這層級的材料良率enpower無法保證。

👉使用效益/成本：

.電池輸出60瓦在攝氏80度以下可以維持穩定，但更高溫的話就需要進一步研究。

.充放電：正研究如何從1C充到3C充放電，放電容易一些，充電部分正在攻克

.成本：硫化物電解質下降，鋰金屬負極的用量要好好控制(鋰金屬負極很貴)，正極包覆工藝要下降

🎁🎁ENPOWER看固態電池產業🎁🎁

👉ENPOWER認為硫化物電解質電池若要具備成本效益，正極片和電解質層必須要能夠量產，鋰金屬負極必須能大量且廉價的供應。

👉從ENPOWER的技術重心可以發現，ENPOWER在處理完硫化物電解質的A、B、C三大難題外，幾乎沒有其他餘裕去處理快速充放電、工作溫度等問題。

👉而2022年7月8日發表的能量密度479Wh/kg，單顆達100Ah級別的固態鋰金屬電池，也留給我們很多疑問：充放電1000次後電池容量剩幾%？工作溫度多少？硫化物電池於事故時會產生毒氣硫化氫(H2S)，為此當電池組成PACK時需要多少包材以確保安全、能量密度會降多少？是否可以量產？對此目前尚無答案。

👉硫化物電解質廠商尚未回答的問題，有間氧化物電解質廠商，輝能電池，已交出他們的成果躍躍欲試，我們下篇介紹。