全固態鋰電池之彎折分析

Abstract

目前穿戴式電子裝置的發展日新月異，從智慧手環、智慧眼鏡、智慧手錶到穿戴式醫療照護產品等，各種產品雨後春筍般的出現，英國調查機構更指出，2014年全球穿戴式科技裝置產值達31億美元，而在2018年將成長到341億美元[3]。 而目前發展最為蓬勃的穿戴式產品便是智慧手錶，但其發展卻嚴重地受到電池能量密度的限制，因此，在短時間內傳統電池能量密度無法大幅提升的情況下，具有高能密度優勢的固態電池應為未來穿戴式裝置的一盞明燈；且由於穿戴式裝置會非常的靠近人體，因此裝置本身必須非常安全，而固態電池具有可撓曲、不漏液、不爆炸起火，幾何設計簡單等優勢，非常適合應用於穿戴式電子裝置，未來有很大機會取代傳統液態電解液電池，成為穿戴式裝置之電力源。有鑒於其發展潛力，Apple公司收購了發展固態電池的Infinite Power Solution，Dyson公司也收購了同樣發展固態電池的Sakti3. 為了幫助固態電池設計者，在本篇論文中，我們建構了一個屬於固態電池之電化學物理模型，借此探討不同材料與幾何構形對電性表現可能帶來的影響。而模擬結果與意法半導體已商業化之固態電池(EFL700A39)有很好的吻合性。在此基礎上，我們對EFL700A39進行彎折實驗，以此探討固態電池在彎折時，對電池表現所產生的影響。 在實驗過程中，我們發現電池在彎折時，隨著彎曲程度的增加，電池的放電量會逐漸下降，並伴隨著電壓下降的情形發生，且在此之後電池便會失能，而我們藉由電化學模型分析電池在彎折時內部的變化，發現應是在彎折過程中導致電極與電解質破裂而導致電性的衰退。