固態(tài)電池就是以固態(tài)電解質(zhì)取代傳統有機電解液的電池。相比采用有機電解液，固態(tài)電池有很多獨特的優(yōu)點(diǎn)，首先可以避免因過(guò)度充電、內部短路使電解液過(guò)熱導致的爆炸、自燃等危險，安全性大幅提高；其次，因為內部固態(tài)，在封裝形式上可以大大簡(jiǎn)化，并可高度集成，以滿(mǎn)足不同的應用需求。固態(tài)電解質(zhì)的傳導速度比液態(tài)電解質(zhì)快也使固態(tài)電池能實(shí)現更高的電壓輸出。固態(tài)電池還具有更長(cháng)的使用壽命。
這些突出的優(yōu)點(diǎn)使人們對固態(tài)電池的關(guān)注和研究興趣不斷增強。日本和韓國的不少知名企業(yè)已經(jīng)開(kāi)展了可商用固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)，也推出了一些產(chǎn)品。固態(tài)電池的優(yōu)勢還特別適合混合和電動(dòng)汽車(chē)對電池的特別需求。長(cháng)久以來(lái)，電池技術(shù)一直是電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的主要瓶頸。固態(tài)電池技術(shù)有可能成為一個(gè)突破點(diǎn)。
Cymbet的EnerChip可充電固態(tài)電池方案
目前業(yè)界對大容量、高電壓的固態(tài)電池技術(shù)報道較多，對微型、低電壓的固態(tài)電池技術(shù)報道很少。是不是這種微型的低電壓固態(tài)電池解決方案還沒(méi)有成熟地推向市場(chǎng)？近日，Cymbet公司，一家僅有38位員工的美國公司，向業(yè)界介紹了他們的微型可充電固態(tài)電池解決方案EnerChip。EnerChip將可充電的固態(tài)電池與電源管理IC、時(shí)鐘管理RTC集成在一個(gè)芯片上，能夠以表面貼裝SMT封裝或裸晶片形式提供給不同需求的用戶(hù)，而且尺寸非常小，最大尺寸9mm×9mm，最小僅4mm×4mm。除了電池芯片外，Cymbet還提供EnerChip能量處理器，同EnerChip電池芯片一起可以為一些自供電的系統提供智能化的能量采集電源管理。
由于采用了特殊的材料、制造技術(shù)和封裝技術(shù)，EnerChip可充電固態(tài)電池可以反復充電1000次，能夠在系統產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中持續使用，而不需要換電池；EnerChip芯片不會(huì )有有害的化學(xué)物質(zhì)或氣體泄漏，也不會(huì )燃燒，因為使用SMT和回流焊安裝，不需要電池座；EnerChip 還100%無(wú)細胞毒性，即使進(jìn)入人體也不會(huì )產(chǎn)生有害物質(zhì)和病變。
EnerChip可充電固態(tài)電池解決方案特別適合三大應用，一是系統備份電源，為系統中的MCU、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、非易失存儲器提供備份電源，保證他們在電源故障時(shí)仍可正常工作；二是嵌入式電源，很多便攜及可穿戴式設備如醫療保健產(chǎn)品需要將電源嵌入到系統中甚至人體中去，要求微型和100%無(wú)細胞毒性；三是能量采集應用，如物聯(lián)網(wǎng)應用中的各個(gè)終端節點(diǎn)設備要求能夠從周?chē)h(huán)境采集能量實(shí)現自供電。
據Cymbet公司市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)副總裁Steve C. Grady介紹，目前Cymbet公司最大市場(chǎng)來(lái)自系統備份電源，約占48%。目前已經(jīng)采用EnerChip 解決方案的終端應用產(chǎn)品包括：飛機艙內娛樂(lè )系統、線(xiàn)卡RTC備份電源、手持通信測試儀、GPS地圖系統、單板計算機、定時(shí)工業(yè)門(mén)鎖、工業(yè)RFID讀卡器等。
應用市場(chǎng)需求分析
備用電源市場(chǎng)是個(gè)很大的市場(chǎng)，據統計，全球每年用于電池或備用電池系統的紐扣電池銷(xiāo)量為400億個(gè)；每年實(shí)時(shí)時(shí)鐘和用戶(hù)定制的定時(shí)設備出貨量為10億個(gè)，其中50%以上需要備用電源；全球每年銷(xiāo)售的MCU達160億個(gè)，其中的16億個(gè)可追溯使用了EnerChip做備份電源。在上述市場(chǎng)中，EnerChip的目標是取代現在占主流的紐扣電池和超級電容。如果所有的紐扣電池和超級電容被EnerChip 可充電固態(tài)電池所取代，這個(gè)市場(chǎng)是不可限量的。相對于紐扣電池和超級電容，EnerChip可充電固態(tài)電池有許多優(yōu)勢。首先，EnerChip可SMT安裝，前兩者都不行；低的自放電和穩定的輸出電壓，這一點(diǎn)超級電容不行；更小的尺寸、沒(méi)有有害的化學(xué)物質(zhì)、內部供電管理、電源失效指示和集成的DC/DC轉換器，這些因素紐扣電池和超級電容都不具備。因此，EnerChip有信心取代這兩者在備份電池市場(chǎng)的位置。
嵌入式能源市場(chǎng)包括的應用有安全和探測設備、爆炸設備的電子保險絲以及可植入人體的醫療設備如眼科用品、貼片等。這些系統要求提供一個(gè)微型的可直接嵌入到系統中的能量存儲設備。EnerChip可通過(guò)標準的線(xiàn)鍵合或回流焊形式連接到系統板上，滿(mǎn)足多種不同的系統配置需求，比如既可以和系統IC并排，也可堆疊放置。目前市場(chǎng)火熱的可穿戴式設備是嵌入式能源的一個(gè)熱門(mén)市場(chǎng)。很多概念性的應用如醫療中的眼壓傳感器、太陽(yáng)能智能隱形眼鏡等得以實(shí)現。太陽(yáng)能智能隱形眼鏡內嵌了EnerChip的微型多功能超低功耗電源管理芯片和能量存儲模塊，還內嵌了太陽(yáng)能模塊、傳感器、控制電路、無(wú)線(xiàn)模塊、顯示電路、天線(xiàn)等，能夠采集太陽(yáng)能為眼鏡供電，處理和控制顯示圖像，并且通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式可以和智能手機交互信息。
能量采集市場(chǎng)最適合的應用就是物聯(lián)網(wǎng)應用了。物聯(lián)網(wǎng)應用中各個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)、終端設備都需要自供電，隨時(shí)從周?chē)h(huán)境獲取能量，因此大大推動(dòng)了能量采集市場(chǎng)的發(fā)展。預計能量采集市場(chǎng)出貨量在2018年將達到59億片，其中90%以上的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)應用若沒(méi)有能量采集功能都是根本無(wú)法實(shí)現的。
Cymbet 的EnerChip產(chǎn)品分為幾大類(lèi)：可充電固態(tài)電池、集成電源管理IC（PMIC）的可充電固態(tài)電池、集成RTC（SPI或I2C）、PMIC和可充電固態(tài)電池的模塊、以裸晶片形式提供的上述產(chǎn)品、以及用于能量采集的能量處理器。為了用戶(hù)開(kāi)發(fā)方便，Cymbet還提供了各種類(lèi)型的開(kāi)發(fā)板和評估板，以幫助用戶(hù)能夠快速推出他們的產(chǎn)品。
現在各行各業(yè)的電子設備，很少有不能聯(lián)網(wǎng)的了。從廣義的角度來(lái)看，EnerChip 的可充電固態(tài)電池方案所面向的絕大部分應用都可列入物聯(lián)網(wǎng)范疇。它很好地解決了物聯(lián)網(wǎng)設備對電源管理的需求：微型、長(cháng)效、自供電、安全、穩定可靠、無(wú)毒無(wú)害，它將為物聯(lián)網(wǎng)應用的推廣發(fā)揮重要作用。
圖1 EnerChip可充電固態(tài)電池工作原理
圖2 太陽(yáng)能智能隱形眼鏡概念 |
