經歷車用晶片大缺貨的慘痛教訓，這回電動車廠積極卡位車用電池，而且相關供應鏈業者低調指出，車廠對於電池技術佈局的深度與廣度遠超過想像，甚至在固態電池到氫能電池的領域，已經看到下一場新革命的開始。

文 ● 吳旻蓁

今年以來，因晶圓代工產能不足導致車用晶片荒，已讓歐美各國意識到供應鏈自主的重要性，有鑑於此，美國總統拜登二月二十四日簽署了一份行政命令，表示將對關鍵產業供應鏈進行審查，釐清是否有過度依賴海外供應商的疑慮，尤其是中國，這當中就包含電動車電池。福特汽車執行長法利日前表示，「現在發生在台灣的晶片荒不能重演，我們需要在地製造的電動車鋰電池。」

美國與歐盟會如此憂心不是沒有理由的，因為作為下一個世代關鍵科技產品之一的電動車，勢將帶來新一波的產業革命與發展，尤其，在電動車系統中，電池因為決定了車子的效能、速度，甚至會連帶影響充電、其他車用軟體服務等，因此被稱為是電動車的「心臟」。

▲為避免晶片荒重演，拜登下令重新檢視產業供應鏈布局

電池為電動車未來角力戰場

然而，如此重要的心臟，目前供應鏈幾乎集中在中國，據統計，全球鋰電池高達七成以上為中國製造，反觀美國則不及全球的十％，不僅如此，就連電池礦物和材料的精煉與生產，也多掌握在中國手中，專家指出，若繼續維持此局面，中國將是美歐兩強在發展電動車上致命的戰略弱點。由此可見，電池無疑是未來新汽車競賽中的關鍵戰場。

具有能量密度高、使用壽命長、充放電速度快及體積小等優點的鋰電池，是目前電動車中最普及的電池技術。鋰電池是透過四大關鍵材料所組成，包括正極（陰極）、負極（陽極）、電解液與隔離膜；其中，正極材料為主要材料，占了電池成本高達五○％以上。深入來看，正極材料不僅作為電極材料參與電池中的電化學反應，也是電池中鋰離子的主要來源，其活性與鋰離子分佈等指標是影響鋰電池性能表現的最大關鍵；因此，正極材料的選用必須考量能量密度、功率密度、適用電壓、與電解液之間的安定性、可逆的電化學反應等條件。

鋰電池的正極材料繁多，大致上可分為鎳鈷錳（Ｎ ＣＭ）、鎳鈷鋁（Ｎ ＣＡ）的三元材料，以及磷酸鋰鐵（ＬＦＰ）兩大路線，為了製造更具優勢的電池，各國與各廠商對正極材料的選擇不盡相同，像是日本和韓國著重三元材料（Ｎ ＣＭ），而中國則朝磷酸鐵鋰（ＬＦＰ）發展。不同材料有不同的優缺點，像是磷酸鐵鋰的特性在於壽命長、安全性高、成本低，但一大致命缺點是續航力低；而三元電池正好相反，擁有高出前者一半以上的能量密度，可跑得更遠、加速更快，但壽命相對是前者約一半的使用期，且安全性較低、成本較高。

鋰電池在業界屹立長達三○年，且過去十幾年來技術已大幅度躍進，不只能量密度和壽命提高約十倍，據統計，從二○一二∼二○年，平均成本已經下降逾八成，是市場上極具競爭力的能源元件；值得注意的是，雖然鋰電池的成本不斷降低，卻依舊是電動車最大的成本來源，比重仍高達三到四成，再者，當前鋰電池有著衰退以及充電效率無法提升的問題，且最大的隱憂還是在於安全性。

因為鋰電池裡頭要有讓鋰離子能夠於其中游走導電的液態電解液，電極浸於其中，並用隔離膜隔開，這種構造的問題在於，不斷充放電循環之後，電解液體與固體的交界會發生結晶，導致電池效能下降，甚至可能因結晶刺破隔離膜，造成電池內部短路起火。

開發低成本電池成重要目標

因此為了繼續降低電動車成本，並提高續航力、效能與安全性，電池的技術勢必還要持續突破。專家指出，所有電池都包含正極、負極及有催化作用的電解質，在這三大元素不可改變的前提下，要有革命性的突破，就要從調整電池的化學成分下手。目前包括能量密度是石墨十倍的矽，充電速度是石墨數倍的石墨烯，壽命是石墨十倍（一千次）的鈦酸鋰，還有將整個電池體系大改造的鋰硫電池、鋰空氣電池、固態電池等，甚至許多非鋰元素系列的材料，如成本較低的鈉、鎂，還有壽命較長的鋁等，都紛紛吸引全球廠商爭相投入發展。 當中，固態電池就被視為是有望取代鋰電池的明日之星。其概念是將液態電解液改以全固態的電解質，不會因隔離層破損就導致正負極接觸短路爆炸，大大降低熱失控風險，也因為能搭配更高能量的正極與金屬鋰負極，因此不僅能量密度更高，充電效能也遠優於鋰電池，充電約十分鐘即可獲取五○○公里的續航力，這樣的充電速度已接近加油的時間，且在攝氏負二五度到六○度的溫度範圍都能正常運作，具備高度穩定性與安全性；此外，固態電池壽命長，使用三○年還能維持九○％的續航力。

雖固態電池還有一些問題待解決，像是充放電時的膨脹與收縮，恐破壞固態材料的緊密與排列、固態電解質導電度不如液態電解質等，加上由於是一種新技術，因此在達到更大規模和改進製造製程之前，價格非常昂貴是必然的，但因有著絕對的優勢，早已吸引多數電池大廠、車廠加速追逐固態電池的發展，如Toyota、福斯集團、Nissan、蔚來汽車等也都計畫在三、五年內開始發展固態電池與固態電池原型車。

許多新創業者也相繼湧入可望分一杯羹，像是有比爾蓋茲、福斯汽車撐腰的美國新創公司QuantumScape，去年底向投資者展示一款可在十五分鐘充飽八○％電力的固態電池，隨後股價立即飆漲，雖後來受外界質疑技術誇大導致股價大跌，但足以顯見其話題性。反觀國內，籌組ＭＩＨ的鴻海（2317）也跟上趨勢，高喊投入固態電池技術，目標在二○二四年，就會推出首款商業化的固態電池。

固態電池蓄勢待發

從多數廠商的研發排程來看，市場預估固態電池真正落地的時間會在二○二五年之後，並從二五年的十五GWh，快速增長到三○年的一二一GWh，相關滲透率將由一．二％上升到三．八％，而二○三○年後將步入商業化初期，市場規模有望突破六○億美元。彭博能源財經（BloombergNEF）也預估，固態電池若能大規模的生產，成本將只有鋰電池的四○％，因此若研發順利，最終成為主流使用電池，屆時電動車電池就有機會在三○年時降到五．八美元/kWh。

除固態電池外，氫能電池也是備受矚目的焦點，像是Toyota一直以來都將氫氣發電視為未來重要的動力來源，旗下車款Mirai就是最具代表性的氫能源車；近年來許多國家也紛紛推出氫能政策與補助，有利相關產業發展，而搭上趨勢的個股股價更是群起大漲，如美國氫燃料電池製造商Plug Power今年一月股價一度從三二．一七飆漲至七五．四九美元，雖目前股價幾乎跌回起漲點，但看好氫能長期發展，摩根大通日前調升其評等至買進，股價長線看旺，有逢低佈局的機會。

隨著電動車發展勢不可擋，電池的角力戰同步展開，實際上，目前電池市場幾乎都是由日本、韓國與中國等東亞公司主導，但隨著電池的開發成為製造戰略的一部分，加上美國、歐盟重新檢視自身電動車電池供應鏈，對於新電池供應商的組建，政府勢必更加強介入程度，而這將有助於歐美公司重新贏回下一階段的電池競賽。雖然要瓦解鋰電池長期以來的統治地位還有一大段路要走，但科技日新月異，未來究竟哪種電池會稱霸市場？電動車電池公司排名是否掀起一陣洗牌？有待持續關注。

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