半固態電池

半固態電池（semi-solid-state battery, quasi-solid-state battery）是一種介於一般鋰離子電池（LIB）和固态电池（ASSB）之間的蓄電池，前者的電解質為液態，後者則使用混合固態和液態的半固態電解質。

此技術的主要目的是減少可燃的液態電解質，提昇電池安全性，減少傳統鋰離子電池失火以及樹枝狀結晶的風險。同時此技術也要克服固态电池的挑戰，像是高介電電阻以及固態電解質和電極之間接觸不佳的問題。到2023年為止，市面販售的「固態鋰電池」其實是半固態電池。

電解質

半固態電池的電解質是半固態電池質，一般會是膠態高分子電解質（GPE）。膠態高分子電解質包括固態的高分子基質，其中有液態成份（像是傳統的液態電解質）。此結構有固態的結構穩定性，也有液態的高離子導電率。膠態高分子電解質的性質多半是由高分子基質所決定。常見的有聚乙二醇（PEO）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚離子液體（PIL）等。

另一個常見作法是用複合電解質（composite electrolyte），其中將無機陶瓷填料（例如锂镧锆氧化物、二氧化硅或钛酸钡)分；分散在高分子基質中。陶瓷填料可以提昇離子導電率，以及電解質的結構穩定性和熱穩定性。這也避免了陶瓷材料和電極的直接接觸。

製作方法
膠狀聚合物電解質的製成方法和電池的最終性能非常重要，特別是其界面電阻。

非原位製作
非原位（ex-situ）方法會先透過或靜電紡絲等技術製備獨立式聚合物薄膜，然後在電池組裝過程中將此膜置於電池內部，並用液態電解質使其溶脹，從而形成凝膠聚合物電解質（GPE）。此方法的一個顯著缺點是預製膜與電極之間可能存在物理接觸不良的問題，這會導致較高的界面電阻。

原位製作
原位（in-situ）方法是將液態前驅體（單體、鋰鹽和引發劑的混合物）直接注入已組裝的電池中。液體完全滲透到電極的孔隙中，然後發生聚合反應（由加熱或紫外光引發），從而在原位形成GPE。該過程在電解質和電極之間形成緊密且無縫的介面，顯著降低界面電阻，並提高電池的整體性能。該方法被認為更有利於商業化，因為它與現有的電池製造流程契合度很高。

安全性
半固態電池的安全性比傳統液態電解質的鋰離子電池要高，但其本質上仍有可能失效。其中有少量的液態或是膠質電解質，也就表示仍有可燃成分。

對比安全測試表明，在外部加熱條件下，QSSB 仍可能發生熱失控，不過其反應要在更高的溫度下發生，且能量略低於傳統鋰離子電池。對於由內部短路（例如枝晶穿透）引起的故障，其釋放的熱量和液態電解質電池相當。因此，雖然半固態電池安全性有所提高，但並非絕對安全，熱管理和電池保護系統仍然至關重要。

參考資料

相關條目
 固态电池
 鋰離子電池
 質子交換膜
 固態電解質

來源




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