近年的電動汽/機車市場逐漸火熱，不論是美國的特斯拉(Tesla)電動汽車，或是歐洲車廠聯合推出的IONITY，甚至是近年在台灣的GOGORO與光陽之間的電動機車競賽，都確實讓電動車進入民眾所關心的範疇事務中。而其中的核心競爭力，即是電池芯。

除了電動車之外，幾乎所有市售的三C產品，採用的都是鋰電池技術，也就是一般的液態電池，然而自從NOTE 7手機發生爆炸事故後，社會才意識到，原來手機中的電池並不安全。

2018年，在美國也發生過一起電動車追撞而引發爆炸的事件，相較於燃油車，電動車雖然發生火災的機率低於燃油車，但由電池內部引起的火災卻更難被撲滅。這都造成電動車廠人心惶惶，因為光是一台特斯拉Model 3車款，裡頭至少擁有七千顆鋰電池，以六顆鋰電池等於一顆手榴彈的威力來比喻，開一台Model 3等於隨身攜帶一千多顆手榴彈在路上跑，這就導致車廠不得不慢下來，細細檢視其能源管理以及安全性上的問題。

因此國外車廠與各大電池廠積極合作，想找出取代液態鋰電池的方法。事實上，業界對於固態電解質的研究已有20年以上歷史，但對於如何克服除去電解液後鋰離子的傳導問題，遲遲無法解決，直至近年來才出現不少解決方案。

如法國Bollore集團透過將電動車電池加熱至攝氏60度以上，來維持固態電池內的導電能力，並於英國少量投放城市租賃車。

而台灣輝能科技（Prologium）則透過電池芯內部獨家導通技術Ceramion來降低內阻，其於2017年發表的內阻值已低於目前市場主流的18650鋰離子電池，並且可以實現快速充放電功能，導電性在現今固態電池的電性水準已足以取代液態鋰電池，更有液態電池所不具備的安全性。

軟板與堆疊技術的結合

輝能科技於十二年起家，創辦人楊思?曾在研究鋰離子聚合物電池以及軟性印刷電路板（Flexible Print Circuit；FPC）的公司任職，在決定創業題目時，楊思?心想，何不將聚合物與軟板兩項技術作結合呢？於是他花費兩年時間待在實驗室中，研發出超薄軟板鋰陶瓷電池(FPC Lithiun-Ceramic Battry, FLCB )。

圖1 : 結合軟板技術能讓FLCB彎曲，解決易脆問題。(攝影/葉奕緯)

FLCB是全球首個採用軟板為電池基材及封裝材料的電池，以全印刷、塗佈的方式，製作出像軟性電路板一樣薄、一樣可以彎曲的電池，完全顛覆了傳統鋰電池在外觀及製程上的限制。因此，FLCB的外觀如同紙一樣輕薄、可撓曲，還可以客製化多組負極端點，或延伸出軟板、軟排線連接到電路板，取代一般的電線或連接器。

在電池化學系統的部分，FLCB採用的是鋰陶瓷（Lithium-Ceramic）的類固態電解質（Solid-like lectrolyte），克服了傳統電池可能漏液的風險，不僅電性與一般鋰電池類似之外，FLCB在本質上更安全。即使經死折、撞擊、穿刺、撕裂、或火燒 （700-1300 °C）高溫的破壞，也不會起火或爆炸，堪稱是全世界最安全的鋰電池。

雖然解決的製程上的問題，但在電池特性上，仍然無法比擬一般的液態鋰電池，然而在2017年，輝能科技再次進行了突破，解決內阻值的問題，讓電池芯的能量密度獲得大幅提升。

固態與液態之優劣

一般來說，液態與固態電池都有先天上的缺點，例如液態電池的能量密度（Wh/L）的表現上，是完勝固態電池的，因為液態比起固態來說，電傳導的能力表現相當好，然而也會有安全性上的問題，只要電池芯內部遭受強烈撞擊、穿刺或高低溫衝擊，都有可能導致爆炸。

因此，即使液態電池在能量密度上，可以有很好的表現，然而卻不能超過某一定值（如700Wh/L），否則將會發生危險。一般的3C用品如智慧型手機，能量密度可能不需要太高，最多在快速充/放電時有需求而已，但若是使用於電動車上，尤其在爬坡時，就需要高能量密度支撐。

圖2 : EV-Module S使用推疊技術，能極大化電池的空間利用。(攝影/葉奕緯)

以電動車廠的考量來看，固態電池能夠降低能源安全管理以及冷卻系統的需求，以特斯拉Model 3來說，其相關管理系統占了70%的空間，但若使用安全的固態電池，就有可能降低至50%左右。因此車廠多將希望放在固態電池特性的突破上。輝能科技便是在此特性上作出突破。

電解液特性比較

既然固態電池這麼好，為什麼到現在才有成品出現？最大的問題在於技術、成本以及製程上有待突破。

2018年中國科學院物理研究所李泓博士在動力電池評測研討會中，詳細說明了六種固態電解質的優缺點比較，並為固態電池區分了十項需考慮的特性：包括還原、氧化、化學、高溫穩定性，另外還有結構應力、製造成本、電芯整合度、離子與電子導電率、離子遷移數。

而固態電池的電解液，目前有六種可行材料，包括氧化物、氰化物、鹵化物、硫化物、固體聚合物以及薄膜，每種材料都有各自的特性。

例如以固體聚合物的特性來說，它的四大穩定性皆差，因此當遇到高溫或是高酸鹼時，會影響電池芯的安全問題，國際車廠BOSCH曾大量投資於專研固體聚合物的電池公司Seeo，但因為未見成效，因此宣布放棄投資，轉而將研究重心放在氫燃料電池。

薄膜式的固態電池，則在結構應力、製造成本、電芯整合度上的表示較差，因為薄膜式需要半導體濺鍍式生產，生產成本相當昂貴，且良率最低，Dyson曾投資Sakit3電池公司專注研究薄膜式技術，最後也因技術上的困難而放棄。

而氰化物和鹵化物目前沒有人員深入探討，硫化物則有以三星及松下為主的韓、日系廠商正值研發階段，預計需要五年的時間才有實質結果；目前唯有台灣輝能科技在氧化物的研究上，不僅在製程上做出突破，它在電池特性也有全新的發展。

電性問題獲得解決

固態電池不僅難以量產，在生產技術上與一般液態電池也完全不同，不論是生產工藝製程、或是生產線的周遭環境都需要大量的資本投入和嚴格參數控制。輝能科技在研究初期，面對的氧化物特性問題，並不比其他電解液來的少。

雖然氧化物擁有最佳的穩定性，可以保證電池芯的安全性高，並且可以在一般大氣下生產，無需特別控制水氣或空氣，但是它的導電性只有0.2-0.6ms/cm，並且以氧化物所組成的極層易脆，只要稍微彎曲就會破裂。

輝能科技透過結合軟板，作為電池基材的固態電池FLCB，先行解決了易脆的問題，除了可彎曲外，還可以進行R2R捲式生產。另外在2017年，輝能科技也克服了因高介面阻抗而無法高速傳導的問題，使得導電性提升至1.9-2.4ms/cm。

圖3 : 透過軟板能讓固態電池嵌入手機背蓋，作為無線充電之用。(攝影/葉奕緯)

輝能科技公司發言人許容禎說：「具體的實行方法涉及到專利，但可以透露的是，電解質等材料雖然是研發的重點，但在製程上也必須隨之更動，而非照搬液態電池的製程，否則還是會有誤差產生。」

應用領域增廣

導電性的問題克服以後，固態電池能夠供應的能量密度也隨之增大，因此在智慧型手機等3C產品上，已經足以支援快速充放電，而在電動車方面，則能在爬坡方面給予足夠的動力，也因為固態電池相對安全，沒有爆炸的疑慮，所以在能源控管、系統冷卻上，可以減少設備的裝置。

不僅如此，輝能科技的固態電池也突破許多傳統限制，讓應用不僅發生於手機或是電動車上。在得知輝能科技取得突破性技術後，各種有特殊需求的廠商皆來尋求支援。

圖4 : 輝能科技發言人許容禎手持固態電池。(攝影/葉奕緯)

許容禎說：「最初我們只知道自家固態電池可以在高溫下作業，並能被死折、撞擊、穿刺、撕裂，後來才發現，FLCB還可以在低溫、高壓、低壓下作業。」

因此不論是在高空飛機外（攝氏-65度）、真空低壓測試環境、水底高壓潛艇（470m），都可以正常運行，因此在工業、醫療等環境也可以有良好的發揮。

專利保護的重要

此次關鍵技術的突破相當重要，因此輝能科技將在原有廠區旁，加蓋一棟辦公大樓，徹底將R&D人員與行政專員分開，並且導入X光機檢驗，確保資料不會有外洩的風險。

許容禎說：「除了先前曾有人員不當洩漏資料外，更早之前，還曾在展場上被人偷過樣品呢！此外，業界還有眾人皆知的逆還原工程技術，有人曾經大膽地將試驗結果帶給我們看，還光明正大問我們，怎麼會有材料是無法檢驗的，那是什麼？於是我們在驚訝之餘，更深刻體認到防密的重要。」

許容禎也說道，未來除了要注意資料安全外，輝能科技也將逐步擴廠，以因應應接不暇的高額需求。以現在的產能看來，供應智慧型手機是沒有問題的，但若要供應給電動車使用，就遠遠不足，並且也需透過高產能來壓低生產成本。

目前看來，輝能科技的技術雖已遙遙領先對手，但等到三星、松下等大公司也相繼解決電解質特性問題，開始比拚量產能力後，輝能科技就不一定仍有優勢，因此得在領先前期站穩腳跟，搶佔市場先機，並繼續增強研發產能，才能繼續保持領先。