薄膜型固态电池将来会用于手机等小型电器上吗？

薄膜型全固态锂电池

我国的薄膜型全固态锂电池的研究与商业化起步相对较晚。1999年，复旦大学傅正文教授课题组率先开展薄膜型全固态锂电池的相关研究，并取得了一系列进展。之后，北京航空材料研究院、上海空间电源研究所、北京有色金属研究总院、中国电子科技集团公司第十八研究所、电子科技大学、重庆师范大学、厦门大学以及南京理工大学等国内高校、科研院所陆续开展了薄膜型全固态锂电池的研究。然而，上述单位主要是基于关键材料的研究开发和实验室小样的制备，目前尚无公开的产业化报道。天津瑞晟晖能科技有限公司是国内率先开展薄膜型全固态锂电池研发以及产业化的公司。该公司致力于薄膜型全固态锂电池的制造、封装和系统整合，目前正在进行实验室小试以及小试产品的广泛试验，近期将着手建立预期年产1万块薄膜型全固态锂电池的连续化制备的中试线。该公司已成功开发了以金属、玻璃、云母为基底的LiCoO2//LiPON//Li、LiMn2O4//LiPON//Li、MnOx//LiPON//Li等多款薄膜型全固态锂电池样品。基于不锈钢基底的LiCoO（22μm）//LiPON//Li电池具有良好的柔性，在10C的大电流下放电容量可达1C时的72%，在0.5C时工作温度区间可达-40～80℃，5C倍率下可实现3000次以上的稳定循环（84%容量保持率）。随着LiCoO2正极厚度的增加，最大单体电池容量可达1mA·h（5μmLiCoO2，2cm×2cm有效面积，玻璃基底）。
 

近年来，薄膜型全固态锂电池的研发及产业化发展有加快的趋势，其对应的应用市场也在逐步扩大。根据WinterGreenResearch公司的市场咨询报告显示，2014年薄膜型全固态锂电池的市场为3500万美元，2021年将迅速增大到34亿美元。并且，根据NanoMarkets公司发布的2015—2022年薄膜电池和印刷电池市场报告显示，随着智能卡、包装、消费类电子产品、可穿戴设备以及物联网的迅速发展，薄膜电池在这些领域的市场将从2015年的3400万美元增长到2018年的1.83亿美元，于2022年最终将达到11亿美元。在微电子领域，薄膜型全固态锂电池是微机电系统唯一匹配的能源形式，随着微机电系统的发展，其需求也将进一步增大。在柔性电子领域，具有高安全性和柔性的薄膜型全固态锂电池是可穿戴电子设备的理想电源。根据MarketsandMarkets发布的全球柔性电池市场预测研究报告显示，2015—2020年期间，全球柔性电池市场以46.6%的复合年增长率增长，到2020年预计将达9.58亿美元，为薄膜锂电池的市场化带来了新的契机。然而，以上市场报告主要是基于微小型电子器件的应用市场，手机、笔记本电脑等消费类电子产品乃至电动汽车等更为巨大的市场对薄膜型全固态锂电池提出了更高的容量要求。2013年被苹果公司收购的InfinitePowerSolution开发出多层堆垛统一密封结构的薄膜型全固态锂电池。其中，1.3mm厚的电池容量高达1360mA·h，可以满足手机使用需求，并且各项性能远优于当前商业化的锂离子电池，而制造成本相当，表明高容量的薄膜型全固态锂电池具有巨大的发展潜力和应用前景。

然而，我国的薄膜型全固态锂电池技术成熟度与国际相比仍存在较大的差距，具体表现为：①我国对薄膜型全固态锂电池的关键材料体系研究开发起步较晚，并且在薄膜电池的大规模制备、电池组的设计制造、电池密封保护层、封装技术、失效机制、性能评估标准等方面也缺乏系统的研究；②在薄膜电池制备必需的真空镀膜设备等硬件方面以及必需的溅射靶材等原材料方面，我国与美国应用材料公司、日本爱发科等国际企业相比缺乏相关的研发经验，公开报道的资料极少；③在薄膜电池应用方面，Cymbet等国外企业已实现了薄膜型全固态锂电池在微型电子设备上的应用，而国内暂无可售的薄膜电池产品，在商业化应用方面也尚无公开报道。总体而言，我国有待进一步突破国外的技术封锁，实现薄膜型全固态锂电池技术与产业的自主化。