小型固态电池开启物联网新纪元

作为传统锂离子电池的替代品，固态电池的开发工作目前正在全球范围内大力发展中。这种新一代的电池采用性质稳定的不燃固体电解质材料来代替液体电解质，具有出色的安全性、高可靠性和更长的使用寿命。 2020年，TDK全球率先成功实现了全陶瓷固态SMD^*1电池CeraCharge®的商业化。2024年，TDK成功开发出一款新型固态电池材料，其能量密度约为传统产品的100倍。目前，TDK正在开发可以替代无线耳机、助听器、智能手表和其他可穿戴设备中现有纽扣电池的电池。

固态电池：解决传统锂离子电池局限性的下一代解决方案

随着我们进入物联网时代，几乎所有事物都连接到了互联网，毫不夸张地说，要想提高各种智能设备的普及率，除了紧凑的外形和更强的通信功能之外，电池性能也非常关键。具有高能量密度的锂离子电池，如今被广泛用于各种电子设备，例如笔记本电脑、智能手机和无线耳机等，并且越来越多地运用于无人机、电动自行车和EV（电动汽车）中。然而，由于锂离子电池是由易燃的有机溶剂电解质制成，存在泄漏和着火的风险，因此物联网设备制造商对开发更安全、更可靠的含有稳定电解质材料的固态电池的需求也与日俱增。预计将来EV等设备中的大容量电池也将被固态电池取代，其市场规模将进一步扩大。

固态电池的全球市场份额（按应用领域划分） — 用于消费类电子产品、交通运输产品及飞行器械的固态电池的市场份额预计将呈指数级增长。

传统锂离子电池vs.固态锂离子电池 — 固态电池采用固态电解质材料代替传统锂离子电池中的液态电解质，可提供较高水平的安全性和更长的使用寿命。

由TDK率先推出的固态SMD电池CeraCharge的功能

在开发固态电池的全球竞赛中，TDK已于2020年率先成功研制出固态SMD（表面贴装器件）^*1电池CeraCharge。CeraCharge是基于TDK先进的积层陶瓷技术打造而成，具有适合量产的优势。其固体陶瓷电解质排除了电泄漏和火灾的风险，同时具备其他实用特性，包括：大小仅为4.5 mm * 3.2 mm * 1.1 mm，额定电压1.5 V，电池容量100 μAh，工作温度范围为-20˚C至80˚C。并且，在2024年，TDK利用其在材料开发方面长期以来的专业性，以及采用氧化物基固体电解质和锂合金阳极，成功设计并开发出一款能量密度远高于当前产品的固态电池新型材料。

此外，CeraCharge的SMD封装便于电池放置，从而有助于减少组装成本。由于具有尺寸小、安全性高和使用寿命长的优势，这款电池可适用于各种环境下的物联网设备。

CeraCharge固态电池横截面（示意图） — CeraCharge是利用TDK先进的积层陶瓷技术所打造。

应用于烹饪温度计

CeraCharge是一款安全且仅有芯片大小的固态电池，目前已逐渐广泛应用于各种物联网产品中。芯片大小的安全固态电池CeraCharge正在逐步应用到各种IoT产品中。其中一种应用就是丹麦公司CookPerfect推出的烹饪温度计产品。这款新产品是一个15cm的金属温度计探头，配备有五个温度传感器，一个BLE（蓝牙低能耗）^*2通信模块以及TDK的CeraCharge。只需插入此探头，即可通过智能手机实时监测烤箱内烤肉的内部温度。借助这一突破性的产品，人们能够在理想的温度下烹饪例如圣诞节烤肉等具有挑战性的大块肉。

CookPerfect的联合创始人兼董事总经理Martin Kloster谈及了该产品以及其开发过程。“当我们在2016年开始设计CookPerfect时，根本没有哪一种电池技术可以支持在5个点进行测量，运行复杂的算法，并且小到可以内置到相应装置中。但是有了CeraCharge，我们得以打造出第一个“真正的无线”温度计。”Kloster还强调了可靠性和安全性特别重要，因为这些温度计将直接插入到食物中并用于高温烤箱和烤架。“绝不能发生化学物质泄漏。我们还需要较高的工作温度范围，可以承受在烤箱内部使用。固态的CeraCharge没有泄漏的风险，其体积小到可以安装到3.7mm直径的装置中，并且可以承受高达85˚C温度，这就是我们选择将它用在产品中的主要决定因素。”

CookPerfect的无线肉类食材温度计 — 15cm的金属探头内含五个温度传感器，一个通信模块和固态CeraCharge电池，可在烹饪时对肉类进行实时温度监测。

随着配备各种传感器的设备的不断普及（诸如此类将温度传感器与通信功能结合在一起的烹饪温度计），一个全面的物联网社会即将来临。随着市场对各种尺寸和规格电池的需求不断增长，目前正在考虑将CeraCharge集成到各种设备中，包括用于智能仪表、可穿戴设备和智能传感器的实时时钟(RTC)^*3。因其优良的热稳定性，固态电池也特别适用于贴身可穿戴设备。

如今，大部分纽扣电池已被处理，且预计将逐渐被充电电池所取代，而固态电池就是其中一种。作为全球率先将固态电池商业化的公司，TDK将继续致力于扩大其产品系列，同时提高其微型化程度和容量，以覆盖更广泛的应用领域。CeraCharge将一如既往地为快速扩张的物联网市场提供有力支持。