電動車為鋰離子二次電池產業帶來巨大變革

 

刊登日期:2010/10/18
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鋰離子二次電池(LiB)具備超輕量、大電流的優點,以往多搭載於PC、手機等小型攜帶機器,並且以穩定的成長速度,擴大其應用市場。不過在混成車輛(Hybrid Vehicle;HEV)及電動車(Electric Vehicle;EV)即將普及之風潮帶動下,作為電動車輛的基礎關鍵零件,鋰離子二次電池產業產生了非常大的變革。每台電動車所使用的鋰離子二次電池數量,相當於1萬台手機的電池用量。粗估統計,目前於鋰離子電池產業的投資金額,已經超過1兆日幣,原本重心放在手機產業的鋰離子電池,主導權現在也完全移至電動車領域。

近幾年,電動車用鋰離子電池的市場,已遠遠超越用於攜帶型機器的市場,而且用於大型電池的大容量鋰離子二次電池已成市場主流。富士經濟的調查結果顯示,2009年鋰離子二次電池整體市場規模約8410億日幣,其中有97%用於手機、PC及NB等攜帶型機器,相較於電動車市場約只佔250億日幣。到了2010年增加至3000億日幣(圖一),至2012年預測將完全超越攜帶機器用途的市場。預測至2014年市場規模將急速擴大至2兆2500億日幣,粗估在5年內將呈現90倍的成長速度。

表一、搭載鋰離子電池之電動車現況

電動車輛所要求的兩大技術能力
1990年代日本電池製造商在PC及手機等民生機器用鋰離子電池領域,有著壓倒性的強大技術能力。不過現今Samsung SDI、LG化學等韓國製造商呈現急起直追的態勢,以國別佔有率來看,預計可在5年內超越日本,取得全球鋰離子電池製造市佔率第一的首位。於電動車用鋰離子電池市場中,除了日本與韓國以外,還有美國與中國製造商勢力抬頭,在大量電池需求的契機下,將有可能使電池製造勢力出現大幅度的變動,鋰離子二次電池全球市佔狀況請參照圖三。

電動車輛所要求的兩大技術能力,其一為「兼顧低成本及高品質」,目前電動車用鋰離子電池包的製造成本約100日幣/Wh,每台電動車約需求20kWh,粗略計算光電池費用就高達200萬日幣左右,高昂的電池成本也是電動車遲遲無法邁向廣泛普及之路的瓶頸。推出於市場的電池若出現起火的事故,將會出現供應契約終止的處置。不管在盛夏的烈日或極寒地帶,都必須呈現穩定動作、可耐受頻繁的充放電動作,即使出現撞擊電池也不會變形,必須維持高度安全性。能在如此嚴苛的條件下還能兼顧電池的低成本化目標,除了強大的研發能力之外,還必須仰賴過去的大量生產經驗,這也是多數日本製造商優於韓國廠商的優勢。

另一為「系統控制力」,因電動車所需的電池搭載容量大,必須由多數電池組成。構成該組電池間的特性或許有差異,也或許會在使用過程中電池組間出現劣化,若在此不平衡的狀態下持續充電,部分電池會過度充電,導致電流集中,造成起火事故的起源。為此必須裝配電壓感測器及溫度感測器,以測量各電池間的狀態,保持電池間平衡狀態的控制系統稱作「Battery Management System;BMS」。例如2010年5月間TOYOTA汽車發表與美國Tesla Motors公司進行資本/業務合作。該公司使用「18650」電池芯,研發出搭載6831個直徑18mm*長度65mm圓筒型電池的電動車,並使用包含BMS的系統控制技術---本文節錄自「材料最前線」專欄,完整資料請見下方附檔。

作者:材網編輯室/工研院材化所
★完整檔案內容請見下方附檔。


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