電動車動力鋰電池市場與應用(下)：材料世界網

因應全球暖化、節能減碳、降低空汙，全球都在發展電動車。動力鋰電池（電池管理）系統約占電動車成本的30~40%，是電動車最關鍵的次系統。因此發展具有高安全、低價與高能量的動力鋰電池來應用於各種電動車輛，是鋰電池最重要的課題。

本文延續上期，繼續探討動力鋰電池應用中的油電混合電動車(HEV)、插電式混合電動車(PHEV)、純電池電動車(EV)相關所需之電池系統，各類電動車對電池系統的選用要求不同，不同電池材料，可以組合成各種不同性能的電池。

（上集）	（下集）
‧前言 ‧電動車時代來臨 ‧台灣面臨的問題 ‧車用動力鋰電池市場	‧動力鋰電池應用　1. 油電混合電動車電池　2. 插電式混合電動車電池　3. 純電動車電池 ‧結論

【內文精選】
動力鋰電池應用
1. 油電混合電動車電池
日本東芝公司之SCiB錳酸鋰(LiMn₂O₄; LMO)-鈦酸鋰電池(LMO/LTO)，其電池能量密度為68 Wh/kg，已被用在多家車廠之ISS系統。目前正開發下世代ISS系統電池，選用磷酸鋰鐵錳(LiFeMnPO₄; LFMP)正極並搭配鈦酸鋰負極，所研發之LFMP/LTO電池，1 Ah與26.5 Ah等級之電池能量密度分別可達73 Wh/kg與80 Wh/kg（表三），並具備優異之常溫高倍率放電（圖十二），低溫(-30˚C)性能放電電容量達74%。電池在高溫60˚C時，在1C充/放電循環測試達500圈後，電容量>95%（圖十三）。LFMP之高溫循環壽命遠優於LMO，主要原因是Mn離子於橄欖石結構LFMP的溶出量遠低於尖晶石LiMn₂O₄。

工研院所開發之量產級鈦酸鋰材料在0.2C（5小時）放電下的電容量達160 mAh/g，如果在5分鐘(12C)高速充/放電，其材料電容量達130 mAh/g（圖十四），循環壽命>10,000次，顯示鈦酸鋰負極材料具有高速充/放電能力與超長壽命的特性。鈦酸鋰負極材料粉體的比表面積<8 g/cm³，其振實及壓實密度分別達1.2 g/cm³及2 g/cm³以上，此材料技術已移轉給台灣中油公司。

圖十四、工研院開發之量產級鈦酸鋰材料充/放電曲線

工研院材化所使用自製之鈦酸鋰負極材料，搭配商用錳酸鋰正極材料，製作出錳酸鋰-鈦酸鋰(LMO/LTO) 18650電池芯。組裝而成的18650電池，測試其倍率能力及低溫性能在0.2C容量為1.05 Ah，常溫下10分鐘(6C)可充飽83%以上的電量，其電池快速充電能力達12C（5分鐘充電），圖十五為LMO/LTO 18650電池倍率能力測試圖。其在1C室溫充電與-30˚C低溫放電下，電池電容量仍保有65%以上（圖十六）。

3. 純電動車電池
根據彭博新能源財經(BNEF)報告，電動車的核心部件動力鋰電池，其電池系統(Pack)價格已從2010年的1,000（美元/度電）下降到2016年的300（美元/度電），而2020年電池成本將下降至180（美元/度電），當2025年電池成本下降至109（美元/度電）時，電動車的應用市場將會噴出巨量，造成傳統汽油車的衝擊，圖廿四為電動車鋰電池系統價格預測圖。

圖廿四、電動車鋰電池系統價格預測圖

目前Tesla電動車中使用的高能量鋰電池都有添加矽碳或氧化矽碳負極材料，其添加比例約5~20%，藉由少量高容量矽碳材料添加，來增加電池能量密度。使用矽碳負極材料的鋰電池，其電池體積能量密度可達1,000 Wh/L，在鋰金屬固態電池產業化應用之前，搭配高容量矽碳材料的高能量電池，將是市場高容量主流產品。圖廿六為搭配矽碳負極材料的鋰電池體積能量密度關係圖。

圖廿六、搭配矽碳負極材料的鋰電池體積能量密度關係圖