歐美日車廠注資押寶固態電池。(示意圖/達志影像/shutterstock)
歐美日車廠注資押寶固態電池。(示意圖/達志影像/shutterstock)

電池被視為電動車的心臟,不過液態鋰電池的能量密度發展皆已逼近極限,近年車廠加速投資與研發固態電池,到底固態電池相比傳統液態電池有何優勢?

近年來電動車基於各國政府積極對綠色產業的扶植政策,銷售量與滲透率高度成長,占電動車成本比重最高的電池,裝機量及需求量亦水漲船高。根據韓國SNEResearch研究機構公布資料,統計今年一~八月全球動力鋰電池裝置量達四二八.九七Gwh(百萬度),較去年同期上升四八%,Digitimes更預估二○二五年全球裝機量將達一五四七GWh,與二二年的五○○GWh相較將成長三.二倍,而高鎳三元鋰電池和磷酸鋰鐵電池雖在其中扮演著電力電池的主流,這些被通稱為「液態鋰電池」卻因為能量密度的發展已瀕臨極限,加上近年來電動車搭載的鋰電池有熱失控風險,導致電動車爆炸起火的安全問題屢屢躍上新聞版面,也促使固態電池紛紛成為車廠與電池業者眼中搶占先機的新版圖。

具備高安全性、高續航力

傳統鋰電池主要由正極、負極、隔離膜、電解液及罐體等部分組成,單一鋰電池組的能量不高,因此設計時還必須將多個電池組串聯,讓電池重量進一步增加。固態電池與一般鋰離子電池最大的不同在於將電池中的電解質,由液態改用無機陶瓷電解質或有機高分子電解質取代,因電池芯內不含液體,可大幅降低液體外洩造成的自燃風險,同時設計方式可先串連再封裝,相比液態電池也少了許多電池外部的機構設計,因此能大幅減輕重量,也因為固態電池可搭配更高能量的正極像是NCMA混合物、與金屬鋰負極,不僅能量密度更高、充電速度也更快,使用的固態電解質依材料的不同,分成聚合物、硫化物和氧化物三大技術路線。

觀察各國布局情況,日系包括豐田(Toyota)車廠主要著墨硫化物,歐美車廠三種技術路線皆有布局,中國車廠則傾向氧化物技術,且已量產半固態電池,代表公司如蔚來汽車、東風汽車及賽力斯(Seres)等,半固態電池是以凝膠、黏土或樹脂等半固體物質做為電解質,在正極與負極之間交換能量,藉由半固態的狀態,即使電池溫度升高、燃燒的可能性也降低,被視為接軌固態電池的一種過度型技術,不過因其能量密度最高僅約四○○Wh/km,相比固態電池平均七○○Wh/km而言仍有不小的差距。

雖然固態電池有著能量密度更高、體積小、安全性高等特性,未來發展潛力備受市場推崇,但仍有不少技術尚待克服的地方,量產難度相當高,例如固體不如鋰離子能在液體能快速移動,導電率不如液態電解質,固態電池技術目前仍僅能承受數十次~數百次充放電,尚無法達到商用化所必須的數千次等。SNEResearch更有數據指出,固態電池即使到量產階段,成本至少是鋰離子電池的兩倍,在這場電池新技術的賽道中,尤其專利、技術能力壓群雄的業者和先進者值得特別關注。

豐田投入固態電池的領域最早可追溯到二○○八年,當年與英國宣布伊利卡(Ilika)合作研發固態電池材料,如今更與本田、日產、松下等多個夥伴展開合作,累積相關專利至今達一三○○多項,遙遙領先其他業者,其次專利第二多的為三星。豐田雖然今年六月宣布二五年將會量產固態電池,並在二七年推出首款搭載固態電池的電動車,但因為推進時程其實一再推遲,也顯示其技術和量產能力遭遇諸多挑戰。

歐美日車廠注資押寶

近期豐田聲稱在製造技術上已獲得突破,可望將車用電池的尺寸、重量減半,最新的全固態電池僅需充電約十分鐘就可行駛約一二○○公里,續航距離是豐田現行純電車款bZ4X五○○公里的二.四倍,且豐田也宣布與日本能源巨頭出光興產合作,已共同組建數十人的研發小組,進行下一代電池商業化的研發,最終豐田還計畫開發續航力達一五○○公里的固態電池應用於純電車,並於二○三○年實現商用化,可謂是日系廠商當中布局固態鋰電池的領軍者。(全文未完)

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《先探投資週刊2271期》
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