林幸慧/工研院產科國際所
鋰電池具有能量密度高、循環壽命長、無記憶效應等優點，故已廣泛應用在手機、筆電、平板等消費性電子產品。近年來在節能減碳的趨勢下，許多國家積極推動再生能源與電動車，因而帶動全球電動車市場蓬勃發展，鋰電池價格也因規模化生產而逐步下降，使得鋰電池在價格、技術、應用特性上可以與其他電池技術競爭。鋰電池現在已經不僅應用於消費性電子產品與電動車，在儲能系統與電動工具也有一定採用比例。2018年全球鋰電池的市場規模估計為163 GWh，年成長率約為20％，主要的成長動能仍來自於動力電池應用。近年來消費性電子產品市場趨向穩定，因此應用在消費性電子產品的鋰電池市場規模也呈現穩定的趨勢。這兩年興起的應用則是儲能產業，預計隨著各國積極推動再生能源與儲能系統，未來儲能系統市場規模仍會持續成長。
鋰電池目前市場規模最大且仍然持續成長的應用為車用鋰電池，因此電動車對鋰電池的性能要求將影響鋰電池與鋰電池材料的技術發展趨勢。對於電動車廠而言，電動車重要的性能包含售價、消費者整體持有的成本、行駛距離、行駛的性能，例如車子的瞬間動態特性，另外則是對消費者的吸引性。這些電動車的性能對於鋰電池電芯與模組皆有對應的指標，例如影響整車售價的因素包含了鋰電池材料成本與製造成本，而影響消費者持有成本的其中一個因素則是鋰電池的循環壽命。當鋰電池能量密度越大時，車輛行駛距離則越長。比較車廠現有電芯與希望在2025年可以達到的性能表現，鋰電池需要持續改善的部分包含體積能量密度、重量能量密度、成本與充電電流。
圖二、車廠對於電動車、鋰電池電芯與模組的性能要求
隨著中國大陸在2018年不斷爆發的新能源汽車事故，車廠與中國大陸政府應當更重視安全性。根據中國大陸統計2018年1月至9月的公開資料，發現至少有21起新能源汽車事故，統計事故發生時的車輛狀態，包含充電、行駛中、靜置，甚至是涉水時，其中以充電時事故比例最高，可能原因包含產品未嚴格執行充電安全相關標準、不完善的充電功能安全設計、未規範充電過程的通訊標準等。發生事故的電池種類則以三元電池比例最高，磷酸鋰鐵的比例則佔10%左右，可能的原因為包含隨著中國政策對能量密度的要求，電動乘用車的鋰電池大多已從磷酸鋰鐵轉用鋰三元正極材料，因此新銷售的乘用車以三元電池為主。除此之外，三元正極材料在高溫時會釋放氧氣，在高溫時有自燃的疑慮，而磷酸鋰鐵材料在高溫則不會釋放氧氣，因此普遍認為磷酸鋰鐵安全性較高，但磷酸鋰鐵電池並非就是100%安全，根據事故數據顯示磷酸鋰鐵電池仍可能發生意外。
經過多起新能源汽車起火事件後，中國工信部亦採取一些手段提高電動車的安全性。首先要求企業必須在2018年10月底之前，完成新能源汽車的安全隱憂排查工作，要求必須如實回報存在的問題與問題處理等情況。第二部分則是加強安全性標準的發佈與實施，包含推動新能源汽車的強制性標準與充電設施安全性標準。最後則是建立完善的制度，包含新能源汽車保險、消防救援、年檢與產品召回等制度，並且確保企業提供售後服務的保障能力。觀察事件爆發後中國大陸官方的態度以及國際車廠對於性能的要求，未來車用鋰電池的主要發展趨勢將是在安全性的要求下，提高能量密度。
圖三、2018年中國大陸新能源汽車事故數據統計
鋰電池材料市場發展趨勢
1. 正極材料
材料的出貨量會受下游應用市場的市場規模影響，或者是因為應用市場對材料需求改變而有所影響，應用在消費性電子產品的鋰鈷氧化物(Lithium Cobalt Oxide, LCO)因應用產品市場逐漸趨向穩定，其產量增長也逐步放慢。磷酸鋰鐵(Lithium Iron Phosphate, LFP)雖然具有安全性較佳與循環壽命較長等優點，但因材料克電容量低，在高能量密度的發展趨勢下，車用鋰電池紛紛改用其他材料，減少的應用市場將造成LFP的產量不易成長，甚至逐年減少。鋰鎳鈷錳氧化物(Lithium Nickel Cobalt Manganese Oxide, NCM)隨著鎳含量的提高，具有---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。