Gel-based batteries emerge as safer alternative to lithium-ion

•膠態（凝膠）電解質是半固態電池技術的一種形式，透過顯著減少液態電解質含量（有時低於10%），同時保留部分液態離子導電優勢，作為邁向全固態電池的過渡方案。
•包括贛鋒鋰業、孚能科技、清陶能源、國軒高科和衛藍新能源在內的中國製造商，已實現GWh級別的半固態電池量產，並於2024年開始將其搭載於電動車中進行商業銷售。
•儘管全固態電池的目標能量密度可達500-900 Wh/kg並具備超快速充電潛力，但目前的半固態電池已能達到300-360 Wh/kg的能量密度，相較於傳統液態鋰離子電池（250-290 Wh/kg）有顯著提升。
•膠態電解質的開發通常涉及使用聚合物膠化劑（如PEO、PPO、PVdF或二氧化矽凝膠）來固定液態電解質，這有助於抑制鋰枝晶生長並增強界面穩定性，從而提高電池的安全性和循環壽命。
•美國消費品安全委員會（CPSC）已透過「Reese's Law」（2022年）對鈕扣電池和硬幣電池實施更嚴格的安全法規，要求兒童防護電池倉和警示標籤，這反映了監管機構對各類電池安全標準日益增強的審查趨勢。

📊 競品分析▸ Show

特性/指標	傳統液態鋰離子電池 (Liquid Li-ion)	膠態/半固態電池 (Colloidal/Semi-Solid)	全固態電池 (Full Solid-State)
安全性	易燃液態電解質，熱失控風險較高	減少液態電解質，安全性顯著提升，降低熱失控風險	使用固態電解質，不易燃，安全性最高，幾乎消除火災爆炸風險
能量密度 (Wh/kg)	150-290 (NCM/LFP)	300-360 (已量產產品)	實驗室可達450，目標500-900+
充電速度	中速至快速 (約30分鐘)	較快，有潛力提升	超快速充電潛力 (10-15分鐘至80%)
循環壽命	中等	中等至高，優於傳統液態	高，可達8000-10000次充電
製造成本	較低，技術成熟，大規模量產	中等，製程與液態電池兼容性高，利於過渡	非常高，製程複雜，材料成本高，規模化挑戰大
商業化現況	主流，廣泛應用於消費電子和電動車	已有GWh級量產並搭載於電動車 (中國廠商領先)	仍處於試產或小規模量產階段，預計2027-2030年逐步商業化
主要挑戰	熱失控風險，能量密度提升瓶頸	離子導電性、成本、充放電效率與循環壽命仍需突破	固-固界面阻抗、材料脆性、高成本、量產良率與供應鏈成熟度

膠態電解質通常由液態電解質中添加聚合物膠化劑（如聚氧化乙烯 (PEO)、聚氧化丙烯 (PPO)、聚偏二氟乙烯 (PVdF) 或二氧化矽 (SiO₂) 凝膠）製成，以形成半固態凝膠狀結構。
這種凝膠化處理能有效固定酸液，減少電解液洩漏和揮發的風險，從而提高電池的安全性。
膠態電解質的設計旨在抑制鋰枝晶的生長，這是傳統液態鋰離子電池內部短路和熱失控的主要原因之一。透過形成3D網狀結構或優化固體電解質界面 (SEI)，可以促進鋰離子的均勻傳輸。
在離子導電度方面，雖然一些早期膠態電解質在室溫下可能面臨離子導電值偏低（約10^-7 S/cm）的挑戰，但已有技術突破實現了10^-4 S/cm等級的室溫離子導電特性，甚至有「超流體化無機固態電解質」在25°C下達到57 mS/cm的離子導電率。
部分膠態電解質技術強調高阻燃性，並可在常溫下進行操作，且製作過程相對簡單快速，具有商品化優勢。
半固態電池的液體含量可降至10%以內，但仍需解決液體消耗過快導致循環壽命衰退以及鋰枝晶生成的問題。
一些研究也探索了可水解回收的膠態電解質，透過將聚合物（如果膠和聚醇類）與鋰鹽進行交聯反應，以提高環境友善度。

半固態電池將在未來3-5年內成為電動車市場的重要過渡技術。

相較於全固態電池的高成本和技術挑戰，半固態電池在安全性、能量密度和製造成本之間取得了平衡，使其能更快實現GWh級量產和商業化應用。

消費電子產品將加速採用膠態電解質電池以應對日益嚴格的電池安全法規。

隨著CPSC等機構對電池安全標準的審查日益嚴格，膠態電解質提供的更高安全性將成為消費電子產品製造商的重要考量，以避免產品召回和品牌損害。

膠態電解質技術的進步將推動鋰離子電池能量密度和快充能力的持續提升，縮小與全固態電池的性能差距。

透過優化膠態電解質的離子導電性和界面穩定性，可以應用更高能量密度的電極材料並實現更快的充電速度，從而延長電池的續航里程和使用壽命。

2022-08

美國總統拜登簽署「Reese's Law」，針對鈕扣電池和硬幣電池產品的安全制定聯邦強制法規。

2023-09

美國消費品安全委員會 (CPSC) 頒布最終規則，將行業標準UL 4200A-2023納入聯邦強制性規則，並對獨立鈕扣電池引入額外的包裝和標籤要求。

2024-01

國家原子能科技研究院團隊開發的鋰電池用膠固態電解質技術，克服室溫離子導電值偏低瓶頸，完成公斤級合成、百米成膜測試及3.8 Ah電芯組裝與充放電性能測試，驗證實用性。

2024

中國多家電池製造商（如贛鋒鋰業、孚能科技、衛藍新能源等）實現半固態電池的GWh級量產，並開始搭載於電動車型中銷售。

2025-02

TrendForce研究指出，半固態電池預計2027年其在全球電動車市場的滲透率將突破1%。

2025-07

輝能科技揭示其第四代「超流體化無機固態電解質」技術，宣稱在室溫下達到57 mS/cm的離子導電率，並能實現高能量密度電池在4-6分鐘內完成5%至60-80%的充電。

膠態電池成為鋰離子電池更安全的替代方案