由於傳統鋰離子電池科技在能量密度和安全性方面已顯現出侷限性，因此SSB被視為最有前景的新一代電池。它們具有高性能，並可能以更低成本提高安全性。
鋰離子電池和固態電池的優勢與挑戰
(承前文)液態鋰離子電池的優勢在於加工成本低，柔性隔離膜可承受較高的機械應力，同時僅在室溫下具有較高離子電導率。挑戰則包含自放電可能縮短儲存期限、使用的電解質易燃，可能造成EV燃燒。同時固態電解質介面(SEI)層的形成可影響使用壽命。以及電解質反應導致陰極材料的選擇有限、熱穩定性差、對過充電敏感[6]。
固態鋰離子電池優勢則是熱穩定性優異、自放電相對較低、在廣泛溫度範圍內具有較高離子電導率、使用的電解質具有非揮發性、電解質不可燃，因而安全、能量密度高、耐受性高，同時不會形成SEI層，因此使用壽命更長。而固態鋰離子面對的挑戰則包含其使用的陶瓷隔離膜是剛性材料，額外應力可能使其斷裂。
SSB的挑戰和安全問題
目前市面上的SSB面臨一項挑戰，那就是只有大約三年的使用壽命[7]。但人們正在進行研發以解決克服這個問題。理想的SSB應具有以下特性：
- 較厚的複合正極層，具有較高的有效質量負載。
- 鋰金屬陽極，帶或不帶用於鍍鋰的額外薄鋰層。
- 較薄的固態電解質層，可實現目標能量和功率性能。
這些問題會導致性能不佳，並限制其應用範圍。在上面提到的所有關鍵問題中，介面問題和枝晶生長可嚴重影響性能和安全性。
與傳統鋰離子電池的固態介面相似，在SSB固態電解質/電極介面發生的電化學反應也可造成一些問題。在SSB中，鋰離子從電解質傳導到電極，並在電解質─電極介面區域與活性物質和電子發生氧化還原反應。
但是，要實現這種SSB，還存在一些挑戰，包括介面問題枝晶生長SSE的低離子電導率，以及電化學穩定性差機械穩定性差缺少大規模生產的可行性。
在電池循環過程中，陰極和陽極材料的反復體積變化會引起反復的介面應力變化，進而可加劇連接問題。在具有鋰金屬陽極的電池中，這個問題變得更加嚴重，因為鍍鋰/鋰剝離行為會導致更大規模的體積變化。
枝晶是在充電過程中形成的金屬微結構。在陽極表面形成枝晶對高能量密度鋰電池和很多其他電池類型的安全性和可循環性而言是一項重大挑戰。由於電解質和陽極之間的異質性，在充電/放電過程中，會在陽極─電解質介面形成枝晶。
如果陽極表面的電流分布不均勻，則枝晶的形成會變得更加嚴重。枝晶可能持續生長，並造成電芯內部短路，進而導致電芯過熱，甚至起火。
理論上，由於觸發溫度更高且沒有液態電解質反應，SSB引起熱失控的概率低於鋰離子電池。在實踐中，需要根據SSB的成分、物理組態和應用/用例進行驗證。帶鋰金屬陽極的SSB比傳統鋰離子電池含有更多的鋰，因此，如果所有鋰都發生反應，則熱失控的危險可能更嚴重。
降低SSB風險
透過對SSB設計和生產使用風險評估方法，利害關係者可評估與電池科技有關的安全風險並確定其他測試需求。此外，可能需要進行其他測試才能滿足適用於電池科技的應用特定要求或司法管轄區法規。
這些複雜程序看似需要進行一系列詳盡無遺的測試才能評估給定電池科技、裝置或產品的安全性。廠商如UL Solutions可協助製造商在產品開發流程剛開始時，制定整體策略，進而減少整體支出，節省時間並有助於避免可能延遲市場推出的意外安全和性能問題。電池制定全面策略的過程至少應包括下列步驟：
第1步：風險評估
・評估與電源有關的潛在安全風險。
・確定解決風險和危險需要進行的設計變更。
・準確找出可能需要的其他安全評估和測試標準。
第2步：瞭解監管環境
・確定目標市場和每個地區的相關法規。
・調查和概述基本要求。
・根據監管要求制定評估、測試和認證計畫。
第3步：考慮市場要求和客戶預期
・確定可產生競爭優勢的要求或措施。
・制定符合法規、驗證產品宣告、提升消費性產品接受度或實現供應差異化所需的評估、測試和認證。
第4步：尋求專家意見和建議
・找到受認可的ISO 17065獨立認證機構以幫助規畫。
・概述具有成本效益的評估、測試和認證策略以節省長期開銷。
・提出與國際要求有關的問題。
隨著SSB科技的持續發展與創新，電池和電池供電最終產品的原始設備製造商(OEM)、供應商和製造商應尋求值得信賴的專業第三方實驗室的支援和幫助，以提升產品的安全性與性能，縮短開發週期並加快上市速度。
(文由UL Solutions提供)
資料來源：
[1] https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/solid-state-battery-market-164577856.html
[2] https://www.futurebridge.com/blog/solid-state-batteries/
[3] https://www.prnewswire.com/news-releases/solid-state-battery-market-worth-314-million-by-2028–exclusive-report-by-marketsandmarkets-301475529.html
[4] https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/solid-state-battery-market-164577856.html
[5] Adelaide M. 等。(2019)。鋰離子電池高能量陰極的固態化學穩定性。ACS Energy Lett.，4(10)，2444–2451
[6] https://www.futurebridge.com/blog/solid-state-batteries/
[7] https://www.futurebridge.com/blog/solid-state-batteries/
固態電池全力克服安全挑戰(2)
