電動車動力鋰電池材料技術趨勢(上)：材料世界網

台灣電動車產業發展現況
政府為因應「推動能源穩定供應，落實產業永續發展」、「訂定減碳目標，發展綠色產業」，以及「永續能源政策綱領」的政策，將電動車輛列為車輛工業發展策略目標，並將電動機車列為主導性新產品研發獎勵項目。行政院於97年5 月宣告將“加強推動低碳動力車輛之使用，研發油電混合等車輛與設施，提高交通工具能源效率與減碳率”列為政府重要的施政方針，工業局隨即啟動電動機車增量推廣計畫，擘劃從2009年Q4起於5年內推廣16萬輛電動機車之供需體系藍圖，且將電動機車納入租稅減免補助範疇，以順應國際電動車輛發展與應用的趨勢，達到節能減碳、降低溫室效應與環境污染的責任目標。
為因應政府推廣電動機車及發展智慧電動車，需解決電動車輛的儲電系統瓶頸，經濟部技術處將「下世代儲電元件與系統技術開發」科專計畫列為旗艦計畫，預計從2010年至2019年分三個階段，每年將投入2~3億元新台幣，10年總經費約30億元新台幣。旗艦計畫願景將以建立國內動力鋰電池科技產業的自主化技術，並促成材料、儲電元件與電動車輛系統的上中下游產業垂直整合與策略聯盟，有機會創造出另一個兆元產業，使台灣能成為世界高階電動車輛鋰電池研發與製造的重鎮。

全球電動車與動力鋰電池市場
2010年全球電動車動力鋰電池的市場需求（電池電容量）達498 MWh；預估2020年將高達72895 MWh，其中高達74%為應用於BEV的動力鋰電池；PHEV應用約20%；HEV只有6%。雖然HEV約占整體鋰電池電動車的57%（432萬台），但所使用的動力鋰電池比例卻只有6%；另一方面，BEV雖只占整體鋰電池電動車的28%（225萬台），卻占車用動力鋰電池高達74%，主要原因是HEV的動力鋰電池模組較小約3~5 KWh，PHEV所需的動力鋰電池模組約10~15 KWh，BEV 則需較大的動力鋰電池模組約20~35 KWh。圖二為全球電動車動力鋰電池的市場需求量（電池電容量）預測。

圖二、全球電動車動力鋰電池的市場需求量（電池電容量）預測

動力鋰電池材料技術趨勢
圖五為工研院材化所針對未來動力鋰電池模組價格降低的推動策略與目標，當要降低整體模組系統價格時，從材料、電池到電池模組都需努力，才有機會降到US 200/KWh。說明如下：(1)降低材料價格方面：目前磷酸鋰鐵正極材料已降低至US 15~18/Kg，因此提升正極材料性能遠高於降低正極材料價格，藉由提高磷酸鋰鐵材料的電壓與振實密度，或發展下一代高電壓鋰鎳錳氧化物(LiNi_0.5 Mn_1.5O₄)材料，來提升電池能量密度，此種正極材料的循環穩定度高，具有傳統鋰電池3倍以上的壽命，將可達到降低每瓦小時的價格。發展新一代高容量負極材料來提高負極材料1倍以上的克電容量（310 mAh/g提升至>600 mAh/g），將可增加電池能量密度50% 以上，以降低電池價格。

在動力鋰電池的材料成本分析中，隔離膜與電解液約占材料成本的25~27%（隨著正極材料系統、電池包裝材、電池尺寸大小等不同而有差異）。因此發展低價隔離膜與高安全機能性電解液，除了促進鋰電池安全性外，更可降低整體電池材料價格，圖六為26650 圓筒型磷酸鋰鐵電池材料成本分析；(2)降低電池價格方面：大型電池的材料成本隨著電容量增加，大部分隨比例增加（正極、負極、電解液、電解液），約有30% 並不會呈比例增加，因此開發大型(40~50Ah)動力鋰電池，將可大幅減少電池組件數目與成本。訂定共通單元電池(Unit Cell)規格、增加生產規模、提升產品良率；(3)降低電池模組價格方面：使用大型(40~50 Ah)動力鋰電池，除了可大幅減少電池模組的零組件數目（保護IC、PTC、導電柄）與材料成本之外，降低電池串聯與並聯數目、增加生產速度、降低製程成本。制定單元電池模組(Unit Module)規格，以利大量生產與電動車系統應用的規格化與模組化。

因應各種鋰電池電動車商品化的應用需求，動力鋰電池也有不同的電池設計，鋰電池與模組很難定義所謂最好的，而應該架構在不同的應用上，來尋求最適合在某一類型產品上的應用，有些應用強調耐低溫且高功率密度，有些應用強調耐高溫及長壽命，有些要求低價且高能量密度，需求千奇百怪。電池電動車、混插電式電動車、混成電動車若以能量密度來區分應用需求，需考慮能量密度(Energy Density)與功率密度(Power Density)。HEV電池容量最小，強調功率密度要大，因此功率密度與能量密度的比值(P/E)高達20。PHEV需兼具純電動與油電混合區域的雙模式電動車工作需求，電池需兼具高功率密度與高能量密度，因此功率密度與能量密度的比值高達5~15。BEV需要續航力高且電池容量大，強調高能量密度，因此功率密度與能量密度的比值高達2~5…以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文

圖六、26650 圓筒型磷酸鋰鐵電池材料成本分析