固態(tài)電池就是以固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)有機(jī)電解液的電池。相比采用有機(jī)電解液，固態(tài)電池有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，首先可以避免因過度充電、內(nèi)部短路使電解液過熱導(dǎo)致的爆炸、自燃等危險(xiǎn)，安全性大幅提高；其次，因?yàn)閮?nèi)部固態(tài)，在封裝形式上可以大大簡(jiǎn)化，并可高度集成，以滿足不同的應(yīng)用需求。固態(tài)電解質(zhì)的傳導(dǎo)速度比液態(tài)電解質(zhì)快也使固態(tài)電池能實(shí)現(xiàn)更高的電壓輸出。固態(tài)電池還具有更長(zhǎng)的使用壽命。
這些突出的優(yōu)點(diǎn)使人們對(duì)固態(tài)電池的關(guān)注和研究興趣不斷增強(qiáng)。日本和韓國(guó)的不少知名企業(yè)已經(jīng)開展了可商用固態(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(shì)還特別適合混合和電動(dòng)汽車對(duì)電池的特別需求。長(zhǎng)久以來，電池技術(shù)一直是電動(dòng)汽車發(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(duì)大容量、高電壓的固態(tài)電池技術(shù)報(bào)道較多，對(duì)微型、低電壓的固態(tài)電池技術(shù)報(bào)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(guó)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，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(tǒng)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(fù)充電1000次，能夠在系統(tǒng)產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中持續(xù)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?yàn)槭褂肧MT和回流焊安裝，不需要電池座；EnerChip 還100%無(wú)細(xì)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(yīng)用，一是系統(tǒng)備份電源，為系統(tǒng)中的MCU、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、非易失存儲(chǔ)器提供備份電源，保證他們?cè)陔娫垂收蠒r(shí)仍可正常工作；二是嵌入式電源，很多便攜及可穿戴式設(shè)備如醫(yī)療保健產(chǎn)品需要將電源嵌入到系統(tǒng)中甚至人體中去，要求微型和100%無(wú)細(xì)胞毒性；三是能量采集應(yīng)用，如物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備要求能夠從周圍環(huán)境采集能量實(shí)現(xiàn)自供電。
據(jù)Cymbet公司市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁Steve C. Grady介紹，目前Cymbet公司最大市場(chǎng)來自系統(tǒng)備份電源，約占48%。目前已經(jīng)采用EnerChip 解決方案的終端應(yīng)用產(chǎn)品包括：飛機(jī)艙內(nèi)娛樂系統(tǒng)、線卡RTC備份電源、手持通信測(cè)試儀、GPS地圖系統(tǒng)、單板計(jì)算機(jī)、定時(shí)工業(yè)門鎖、工業(yè)RFID讀卡器等。
應(yīng)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(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年用于電池或備用電池系統(tǒng)的紐扣電池銷量為400億個(gè)；每年實(shí)時(shí)時(shí)鐘和用戶定制的定時(shí)設(shè)備出貨量為10億個(gè)，其中50%以上需要備用電源；全球每年銷售的MCU達(dá)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(biāo)是取代現(xiàn)在占主流的紐扣電池和超級(jí)電容。如果所有的紐扣電池和超級(jí)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(duì)于紐扣電池和超級(jí)電容，EnerChip可充電固態(tài)電池有許多優(yōu)勢(shì)。首先，EnerChip可SMT安裝，前兩者都不行；低的自放電和穩(wěn)定的輸出電壓，這一點(diǎn)超級(jí)電容不行；更小的尺寸、沒有有害的化學(xué)物質(zhì)、內(nèi)部供電管理、電源失效指示和集成的DC/DC轉(zhuǎn)換器，這些因素紐扣電池和超級(jí)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(yīng)用有安全和探測(cè)設(shè)備、爆炸設(shè)備的電子保險(xiǎn)絲以及可植入人體的醫(yī)療設(shè)備如眼科用品、貼片等。這些系統(tǒng)要求提供一個(gè)微型的可直接嵌入到系統(tǒng)中的能量存儲(chǔ)設(shè)備。EnerChip可通過標(biāo)準(zhǔn)的線鍵合或回流焊形式連接到系統(tǒng)板上，滿足多種不同的系統(tǒng)配置需求，比如既可以和系統(tǒng)IC并排，也可堆疊放置。目前市場(chǎng)火熱的可穿戴式設(shè)備是嵌入式能源的一個(gè)熱門市場(chǎng)。很多概念性的應(yīng)用如醫(yī)療中的眼壓傳感器、太陽(yáng)能智能隱形眼鏡等得以實(shí)現(xiàn)。太陽(yáng)能智能隱形眼鏡內(nèi)嵌了EnerChip的微型多功能超低功耗電源管理芯片和能量存儲(chǔ)模塊，還內(nèi)嵌了太陽(yáng)能模塊、傳感器、控制電路、無(wú)線模塊、顯示電路、天線等，能夠采集太陽(yáng)能為眼鏡供電，處理和控制顯示圖像，并且通過無(wú)線方式可以和智能手機(jī)交互信息。
能量采集市場(chǎng)最適合的應(yīng)用就是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用了。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中各個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、終端設(shè)備都需要自供電，隨時(shí)從周圍環(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(yù)計(jì)能量采集市場(chǎng)出貨量在2018年將達(dá)到59億片，其中90%以上的無(wú)線傳感網(wǎng)應(yīng)用若沒有能量采集功能都是根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
Cymbet 的EnerChip產(chǎn)品分為幾大類：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。為了用戶開發(fā)方便，Cymbet還提供了各種類型的開發(fā)板和評(píng)估板，以幫助用戶能夠快速推出他們的產(chǎn)品。
現(xiàn)在各行各業(yè)的電子設(shè)備，很少有不能聯(lián)網(wǎng)的了。從廣義的角度來看，EnerChip 的可充電固態(tài)電池方案所面向的絕大部分應(yīng)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(shè)備對(duì)電源管理的需求：微型、長(zhǎng)效、自供電、安全、穩(wěn)定可靠、無(wú)毒無(wú)害，它將為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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 |
