【導(dǎo)讀】隨著固態(tài)鋰電池技術(shù)的采用，特別是對(duì)于電動(dòng)汽車（EV），對(duì)于需要高能量密度和小尺寸、可定制外形組合的1至100毫安時(shí)（mAh）的新興應(yīng)用而言，它同樣具有吸引力。最新的固態(tài)鋰制造和封裝進(jìn)步在不犧牲性能或能量密度的情況下提高了微電池容量和循環(huán)壽命，并為定制微電池形狀和尺寸創(chuàng)造了廣泛的新選擇。
隨著固態(tài)鋰電池技術(shù)的采用，特別是對(duì)于電動(dòng)汽車（EV），對(duì)于需要高能量密度和小尺寸、可定制外形組合的1至100毫安時(shí)（mAh）的新興應(yīng)用而言，它同樣具有吸引力。最新的固態(tài)鋰制造和封裝進(jìn)步在不犧牲性能或能量密度的情況下提高了微電池容量和循環(huán)壽命，并為定制微電池形狀和尺寸創(chuàng)造了廣泛的新選擇。
例如，固態(tài)鋰（Li）微電池的可用性，使用經(jīng)過驗(yàn)證的無陽極化學(xué)成分制造，并且比以前的電池技術(shù)更具可擴(kuò)展性的生產(chǎn)和組裝技術(shù)將使互聯(lián)健康產(chǎn)品開發(fā)人員能夠添加功能并延長(zhǎng)充電間隔時(shí)間。它還將允許開發(fā)人員創(chuàng)建功能更強(qiáng)大，更舒適的健康跟蹤環(huán)，甚至服裝以及需要無線連接和更舒適地貼合耳道的多功能“耳戴式設(shè)備”，因?yàn)樽罱ㄟ^的立法使它們更接近更廣泛的非處方（OTC）聽力輔助可用性。
隨著固態(tài)鋰微電池的采用，開發(fā)人員將利用兩個(gè)主要進(jìn)步的力量：更高的體積能量密度（VED）和外形尺寸自由度。
增加虛擬經(jīng)濟(jì)對(duì)話
在評(píng)估可穿戴設(shè)備和耳戴式設(shè)備的電池技術(shù)時(shí)，最重要的能量密度指標(biāo)是每單位體積或VED可以存儲(chǔ)多少能量。電池的VED越高，它可以存儲(chǔ)的能量就越大。VED通過除以體積的能量來計(jì)算，以瓦特小時(shí)每升（Wh / L）為單位。如果兩個(gè)電池具有相同的容量，其中一個(gè)電池的尺寸是其兩倍，則較小的電池具有兩倍的VED。
VED在確定助聽器的尺寸（例如）方面起著至關(guān)重要的作用，它是否可以被塑造成舒適地適合耳道，以及它是否可以結(jié)合必要的功能來優(yōu)化聲音放大和保真度，以及其他助聽功能。它還需要在充電前盡可能長(zhǎng)時(shí)間地持續(xù)。
VED對(duì)于數(shù)字健康和運(yùn)動(dòng)/健身可穿戴設(shè)備也很重要。例如，健康跟蹤環(huán)現(xiàn)在可以監(jiān)測(cè)睡眠、心率、心率變異性、呼吸、溫度、血氧、步數(shù)和卡路里，并具有葡萄糖和血壓監(jiān)測(cè)等附加功能。為這些應(yīng)用的無線連接供電需要小電池，并提供盡可能高的VED。
在過去的二十年中，鋰離子紐扣電池微電池一直是這些設(shè)備的主要選擇。鋰離子（Li-ion）電池中使用的電解質(zhì)在滲入環(huán)境空氣時(shí)容易受到環(huán)境空氣的影響并造成損壞，因此制造商必須包括安全機(jī)制和包裝，因?yàn)樗鼈冋加每臻g，進(jìn)一步減少VED。這些鋰離子電池還需要厚厚的內(nèi)壁和隔板來保護(hù)它們，因此很難為新一代可穿戴設(shè)備產(chǎn)品供電，這些產(chǎn)品需要更高的VED才能實(shí)現(xiàn)新功能和/或更長(zhǎng)的充電時(shí)間。
固態(tài)鋰微電池通過提供比傳統(tǒng)鋰離子電池更多的改進(jìn)來解決這些問題。首先，它們實(shí)現(xiàn)了一種不需要鋰離子紐扣電池產(chǎn)品的液體電解質(zhì)的新架構(gòu)。而是使用本質(zhì)安全的固體電解質(zhì)。此外，薄不銹鋼基板可用于改善VED，同時(shí)還提供更大的機(jī)械強(qiáng)度，減少微電池體積，并用作導(dǎo)體和密封保濕屏障。其次，這種架構(gòu)有助于在電池內(nèi)使用超緊湊的半導(dǎo)體式堆疊和封裝產(chǎn)生能量的電池，從而進(jìn)一步改善了VED。
針對(duì)傳統(tǒng)紐扣電池選項(xiàng)對(duì)固態(tài)鋰微電池的早期測(cè)試表明，VED的改進(jìn)幅度高達(dá)兩倍，充電周期提高了三倍，充電速度提高了一倍以上（圖1），高脈沖放電速度提高了十倍以上。這些功能將改善耳戴式設(shè)備等產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)，這些產(chǎn)品需要更多的處理能力和更長(zhǎng)時(shí)間更頻繁的無線連接，而不會(huì)增加設(shè)備的尺寸。
圖 1.固態(tài)鋰微電池與其鋰離子前身相比具有多種性能優(yōu)勢(shì)。
除了提高 VED 和其他微電池性能指標(biāo)外，固態(tài)鋰架構(gòu)還將設(shè)計(jì)人員從以前技術(shù)的外形尺寸限制中解放出來。
釋放外形創(chuàng)新
傳統(tǒng)上，電池是圓柱形的，因?yàn)檫@種外形尺寸更容易構(gòu)建。對(duì)于含有液體電解質(zhì)的電池來說，這也是一種更安全的包裝選擇。對(duì)于智能手表和智能手機(jī)等大容量設(shè)備，存在一些棱柱形和矩形袋電池選項(xiàng)，但連接健康耳戴式設(shè)備和可穿戴設(shè)備在很大程度上被圓柱形紐扣鋰離子可充電電池卡住。更糟糕的是，只有少量的標(biāo)準(zhǔn)尺寸可供選擇，除非高產(chǎn)品量證明這些定制尺寸是合理的。
固態(tài)鋰微電池通過使用經(jīng)過驗(yàn)證的大批量卷對(duì)卷制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可定制的矩形外形尺寸，從而改變了這些動(dòng)態(tài)。這些技術(shù)用于沉積微電池的陰極和固體電解質(zhì)。接下來，以自定義的長(zhǎng)度和寬度從卷筒中切割出單元單元。然后，可以根據(jù)所需的容量將這些電池的可定制數(shù)量堆疊到所需高度（圖2）。
圖 2.電池堆疊可最大限度地提高 VED，并實(shí)現(xiàn)可定制的外形尺寸，并支持兩側(cè)的直接印刷電路板（PCB） 連接。結(jié)合固體電解質(zhì)的耐高溫能力，與早期的紐扣電池技術(shù)相比，這種方法簡(jiǎn)化了最終產(chǎn)品的組裝。
除了便于針對(duì)特定容量和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行定制外，固態(tài)鋰微電池比紐扣電池更堅(jiān)固可靠。堆疊電池的封裝和金屬化使得連接器可以在兩側(cè)添加，以實(shí)現(xiàn)直接的PCB連接。圖3顯示了固態(tài)鋰微電池的典型制造流程。由于這些微電池可以承受更高的溫度，因此可以使用標(biāo)準(zhǔn)的表面貼裝技術(shù)（SMT）將微電池組裝到具有較低溫度（高達(dá)+160°C）回流焊曲線的PCB上。
圖 3.固態(tài)鋰微電池架構(gòu)使用經(jīng)過驗(yàn)證的可擴(kuò)展卷對(duì)卷技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池堆疊，以及通過封裝和金屬化增強(qiáng)的多層芯片堆疊，以實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固可靠的1 mAh至100 mAh微電池。
固態(tài)鋰微電池架構(gòu)對(duì)于實(shí)現(xiàn)纖薄時(shí)尚的健身戒指的全部潛力至關(guān)重要，理想情況下，該健身戒指應(yīng)從多個(gè)傳感器輸入提供持續(xù)更新，并且無需充電即可全天工作。同樣的架構(gòu)還將使耳戴式設(shè)備具有更多的處理和連接功能，看起來更像是非污名化的消費(fèi)耳塞。隨著它們進(jìn)入市場(chǎng)，這些和其他連接的健康和健身產(chǎn)品將被新的，更高性能，高能量密度的微電池所改變，這些微電池可以以可定制的外形尺寸制造，具有比以前更高的精度，效率和可擴(kuò)展性。
（來源：中電網(wǎng)，作者：Vijay Parmar）
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