一、前言

隨著再生能源轉型下電氣化的發展，以及電動車的普及，促使鋰離子電池被廣泛應用。然而其內含鋰、鎳、鈷等關鍵貴金屬材料和液態電解質造成的安全隱患，帶來固態電池(Solid-state battery, SSB)發展的機會。固態電池主要由陶瓷或聚合物製成固態電解質，取代傳統的液體或膠狀電解質，具備高功率密度、可快速充電、更高安全性與保存期限長等特性，受到電動車、先進的消費性電子產品、穿戴式裝置等應用市場的關注。雖然COVID-19大流行影響對該市場的投資以及零組件供應短缺，但由於電動車與儲能應用的潛能，許多電動車製造商皆參與固態電池的戰略合作開發計畫，因此預期市場規模可從2022年5800萬美元成長至2028年3.14億美元，年均複合成長率(Compound Annual Growth Rate, CAGR)可達32.5%。

二、市場分析
與鋰電池相比，固態電池具能量密度較高、結構更堅固、穩定性佳且更安全等優點，但也存在離子導電率低、反應速率過快與整體成本較高等缺點，阻礙市場發展。然而，這些限制隨著技術發展，已可透過引進不同材料組成的固態電解質解套。再加上全球電動車政策驅動對電池的需求，2020年全球乘用車銷量暴跌14%，電動車銷量卻反創歷史新高，達310萬輛，占總市場的4.5%。另一方面，電子產品不斷推陳出新，可穿戴式電子產品的應用也從消費性電子、醫療保健領域，擴散到企業及工業應用，全球醫療產業也隨移動式及無線監控的醫療保健設備的發展悄悄改變。因此，越來越多公司(如Robert Bosch (Germany)、Toyota Motor (Japan)、Planar Energy Devices(US)、QuantumScape(US)等)與研究機構致力開發固態電池的潛力，推動全球固態電池市場成長。 但固態電池製造流程複雜，製造商須另開發單獨產線生產非常規電池，使其成本約為液態鋰離子電池的八倍，成為市場發展的最大挑戰。而隨著技術進步，固態電池製造成本有望更具效益，如Applied Materials (US)正在開發低成本製造固態電池的工具。

案例：
1. 2018年，Volkswagen投資一億美元於固態電池製造QuantumScape，並成立一工業及固態電池生產合資公司，其中Volkswagen提供其生產專業知識與經驗，而QuantumScape則提供其固態電池技術。

2. 2021 年，福特汽車公司、寶馬公司、 SK Innovations 與 Solid Power 合作，根據特定的汽車要求設計用於電動汽車的全固態電池 (all-solid-state batteries,  ASSB)。

三、固態電池應用市場
在電子產品中，電池本身即占了相當大的空間，因此為了生產下世代的輕薄產品，需要發展更輕便、更容易攜帶且更靈活的電源。為了滿足此需求，許多公司正大力投資固態電池技術的研發活動，旨在協助需要於有限空間內提供大量電源的產品。此外，隨著固態電池技術快速發展，催生其新興應用領域，例如醫療器材與儲能系統，其2021年至2028年的市場規模預測如圖二。以下針對固態電池的各種應用進行分析：

1. 消費性電子產品：固態電池於消費性電子產品的應用領域不侷限於小型裝置，亦可為智慧型手機、筆記型電腦、平板電腦、穿戴式裝置、數位相機等裝置提供電力。使用固態電池取代傳統電池不僅能讓產品更加輕薄、提高電源效率外，還可以提供更多的設計彈性，以符合市場潮流。此外，固態電池使用固態電解質，可防止電池過熱，以提供更高的安全性。例如Excellatron Solid State (US), Planar Energy Devices (US), 輝能科技 (TW), KeraCel (US), and Samsung (KP)等公司已開發出固態電池為其電子產品供電。預估將於2023年開始生產，至2028年可達1,130萬美元，年均複合成長率(CAGR)為36.5%，其中亞太地區約占96%為主要市場。

2. 電動車：成本、安全性與續航里程是電動車發展的主要挑戰，而傳統鋰離子電池中的電解質過熱會導致爆炸，導致電池中的液體電解質需要多層包裝，增加了電池的尺寸與重量，因此預計電動車將成為固態電池的主要應用之一。固態電池除安全輕便外，在功率密度上也具成本效益，並在高溫下表現良好。然而，電動車使用固態電池仍處於開發階段，目前尚未有商品上市，預計未來將於三到五年內實現商業化。由於未來電動車發展的巨大潛能，目前幾家大公司正積極開發固態電池，並將其電池商業化用於電動車中，其中包含Robert Bosch (DE), Toyota Motor (JP), QuantumScape (US), NGK Spark Plug (JP), and Gangfeng Lithium (CN)等公司。估計2028年市場規模將可達5300萬美元，2025年至2028年CAGR為72.5%，歐洲約占63%為主要市場，其次是北美(約占21%)。

3. 醫療器材：目前固態電池已在醫療器材產業中實現商業化，多家製造商正設計以固態電池為溫度感測器、心臟起搏器與智慧貼片等醫材之電力來源，因此2021年醫療器材應用市場約2410萬美元，占固態電池市場中的最大規模。隨著技術進步與物聯網應用，固態電池的尺寸、高能量密度、高容量與應用的靈活性大大滿足醫材需求，為醫療應用產業創造了機會。另一方面，由於COVID-19影響，增加與健康相關的穿戴式裝置之需求，在過去一年，研究人員推出基於物聯網與可穿戴式設備，以監測患者的心率、呼吸頻率與體溫等。主要廠商如BrightVolt (US), Prologium Technology (TW), Excellatron Solid State (US), and Cymbet (US)。預估2028年市場規模將可達6030萬美元，雖2022-2028年CAGR為14.5%，但在2026年以前醫療器材都是主要的固態電池市場，其中又以北美為最大市場(2028年約占49%)。

4. 儲能：捕獲與儲存來自於周圍環境能源，並將蒐集來的能量儲存於超級電容器、電容器或電池中，藉以驅動電子設備。而固態電池可以經由太陽能、熱能、射頻、磁能與振動能的形式儲存來自環境的能量，並提供更長的使用壽命，而電池組可以儲存更多能量以有效為設備供電，因此預計電池製造商將盡快佈署固態電池的儲能應用。但目前僅有Blue Solutions公司將固態電池用於農村地區的儲能系統商業化，而Cymbet與Solid Power兩公司則尚在開發應用於儲能的固態電池。預估在2024年以前，南美洲為主要市場，真正擴大應用將在2025年開始，2022年至2028年CAGR為60.4%，2028年可達7970萬美元，其中亞太地區為最大市場(約占37%)。

5. 無線感測器：無線通訊設備(如無線喇叭、滑鼠、鍵盤、藍芽耳機、無線手持裝置、無線感測器)與物聯網裝置在過去十年間日漸普及，但有限的內部空間使電池成為相關製造商的關注焦點。固態電池的優勢在於可以根據需求進行切割、捲曲或折疊且不會損失任何效率，也相當容易整合到無線感測器中。此外，固態電池較傳統電池具有保存期限長與高能量密度，可支持無線感測器在物聯網應用中更有效運作，如英國Ilika等公司正致力開發應用於物聯網的固態電池。預計2028年將達7120萬美元，2023年至2028年CAGR為27.1%，其中主要市場為亞太地區(約占53%)。

6. 包裝：產品的外包裝會直接影響顧客的決定，因此，新功能(如聲音和顯示)可以利用微型電源將其整合到產品包裝上，除吸引消費者的購買慾外，亦可作為智慧標籤系統，追蹤產品、強化安全性，並提供更多資訊(監控例如食品與乳製品等敏感產品)。而固態電池不易燃的特性，可被應用於航運供應鏈感測器系統的電源。此外，現有的RFID標籤受限於對其電源的存取能力，因此整合固態電池可擴充通訊範圍，提供更持久的標籤，並實現更好的追蹤能力。另一方面，醫療保健與食品行業對RFID標籤的需求上升，因此對固態電池的需求預計將在未來持續成長。預計2028年約達3660萬美元，2022年至2028年CAGR為24.7%，其中以亞太地區為主要市場(約占49%)。

四、小結
2021年韓國現代汽車(Hyundai)因電池起火召回8.2萬輛電動車 [註1]，美國通用汽車(GM)也召回14萬輛Bolt EV [註2]，除造成車廠嚴重損失外，其電池供應鏈-LG更是因此賠償26.5億美元。因此，電池的安全性受到高度重視，成為固態電池創新的驅動力。
BMW集團、Ford汽車投資的美國電池研發公司Solid Power於2022年6月宣布將啟動固態電池生產線試作。日本豐田則是擁有最多的SSB專利的車廠，此外，日產、雷諾和三菱2022年1月宣布對電動車投資約259億美元，並計畫在2028年中實現全固態電池（all-solid-state batteries；ASSB）的大規模商業化量產。而美國新創公司Quantumscape則獲得微軟創辦人比爾．蓋茲（Bill Gates）、「金融巨鱷」喬治．索羅斯（George Soros）旗下的風投公司Quantum Partners、全球最大風投凱鵬華盈（KPCB）的投資外，車廠福斯（Volkswagen）擁有23%股權，特斯拉前科技長斯特勞貝爾（JB Straubel）、前特斯拉董事巴斯（Brad Buss）加入其董事會，因此被認為是固態電池的領導者，其預計在2024年至2025年之間進入商業化量產 。韓國三星在SSB專利上僅次於豐田，其2021年5月宣布將在2025年之前開發出大型ASSB電芯原型，並在2027年開始量產。而台灣固態電池廠商-輝能科技除與Gogoro發表用於電動機車的交換式固態電池外，亦與陸廠蔚來汽車、Mercedes-Benz、越南電動車廠VinFast戰略合作，又與全球電池材料關鍵大廠-韓國浦項制鐵控股（POSCO Holdings）結盟。由全球各車廠及電池廠的積極布局，顯見固態電池的商品化時程有機會提前在2024年之前展開，這對於電動車將帶來巨大改變。

[註1] 自由時報，現代電動車電池系統出包 召回成本恐達9億美元https://ec.ltn.com.tw/article/breakingnews/344821

[註2] MoneyDJ，轉型EV代價高！Bolt全召回 為GM史上最昂貴召修之一https://www.moneydj.com/kmdj/news/newsviewer.aspx?a=b77ac834-8841-4a24-bd14-eda0cbd96a0d