动力锂电池材料技术

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1、動力鏗電池材料技術近年來日益惡化的全球暖化現象及石油危機，迫使人類尋求節能、環保的替代能源，現階段發展高功率鏗電池以應用於電動車趣，是目前環保及節能領域最重要的一環。美國、歐洲.日本、韓國、中國大陸與台灣均大力投入電動車與動力鏗電池的開發。動力鏗電池除了應用於電動工具、電動自行車.電動堆高機、電動廠區車.電動高爾夫球車.電動機車.BEV.PHEV.HEV等之外，此技術也可延伸應用於再生能源儲電系統.不斷電系統.燃油汽車之啟動電池等。然而，在廣大應用範圍的背後，其材料的發展為下世代動力鏗電池的關鍵，電動車可能帶動人類启一波的工業革命，台灣長期又是美國IT產品零組件的供應者，面對

2、此電動車產業革命的機會，如何掌握先機，布局電動車的關鍵核心-動力鏗電池與材料，將是國內電動車與電動機車產業發展的重點。材化所將聚焦於影響電池價格、安全與性能最關鍵的電極材料，包括高功率鏗電池正極材料（磷酸鏗鐵與磷酸鏗鐵鑰），下世代錘電池負極材料（快速充電與高容量矽碳負極材料）為主，開發下世代儲電元件與系統，建構國內完整的上中下游產業鏈，並掌握未來動力鏗電池材料.電動車電池與電池模組等產品商機。全球電動車與動力鏗電池市場根據IIT（日本資訊技術綜合研究所）在2010年Q2的調查報告指出，2012年將是鎳氫電池在HEV的應用市場的最高點，達140萬輛，從2013年開始，搭載鏗電池

3、的HEV已超過搭載鎳氫電池的HEV0這顯示鏗電池隨著安全與效能的提升，電動車開始由HEV走向PIIEV及BEV,鏗電池已取代鎳氫電池成為下一代車用動力電池主流。全球電動車的銷售量預計在2020年將大幅成長至857萬輛，其中高達90%使用鏗電池做為動力電源，約有771萬輛錘電池電動車。其中HEV（57%）的數量約BEV（28%）的兩倍，PHEV約占整體鏗電池電動車的15%。對消費者而言,由於車價加成.昂貴電池及基礎建設的欠缺，使BEV與PHEV較缺乏吸引力，因此，無需改變習慣的HEV仍將是未來3飞年間的銷售主流。HEV主要的生產廠商包括Toyota、Nissan、Honda、G

4、M、Ford;BEV主要的生產廠商包括Nissan、Mitsubishi、GM、VW;PHEV主要的生產廠商包括Toyota、GM、Fordo圖一為全球電動車的生產量預測。調查報告亦指出，2010年全球電動車動力鏗電池的市場需求（電池電容量）達498MWh;預佶2020年將高達72895MWh,其中高達74%為應用於BEV的動力鏗電池；PHEV應用約20%;HEV只有6%。動HEV約占整體鏗電池電動車的57%（432萬台），但所使用的動力鏗電池比例卻只有6%;见一方面，BEV雖只占整體鏗電池電動車的28%（225萬台），卻占車用動力鏗電池高達74%,主要原因是IIEV的動力鏗

5、電池模組較小約3^5KWh,PIIEV所需的動力鏗電池模組約10〜15KWh,BEV則需較大的動力鏗電池模組約20~35KWho動力鏗電池材料技術趨勢電動車雖不是一個嶄新的名詞，但隨著電動車的關鍵核心零組件-動力鏗電池近期的發展，使得電動車所帶動的人類启一波工業革命提早來臨。電動車的三大關鍵零組件，包括動力鏗電池模組.電源控制系統、電動馬達。動力鏗電池模組與電源控制系統的結合，解決了電動車電源的關鍵核心。動力鏗電池模組約占電動車成本的30〜45%,因此是電動車中最關鍵的零部件。動力鏗電池模組在未來電動車廣泛應用的最重要問題是安全性與價格。當安全性符合後，才思考其性能提升，電池

6、性能考量點包括高重量能量密度.高體積能量密度.大功率密度.長循環壽命、快速充電能力、低自放電、耐高溫與低溫電性等，而動力鏗電池模組的成本與電池性能及電動車應用量有直接關聯性。目前動力鏗電池模組系統價格約US800〜1000/KWh,根據日本NEDO對於電動車動力鏗電池模組系統的開發目標，希望在2015年時，動力鏈電池模組系統價格降至US300/KWh;在2020年時電池模組系統價格降低至IS200/KWh,動力鏗電池價格約占電池模組系統價格的80%。要降低整體模組系統價格，從材料.電池到電池模組都需努力，才有機會降到US200/KWho（1）降低材料價格方面：目前磷酸鏗鐵正極

7、材料已降低至US15~18/Kg,因此提升正極材料性能遠高於降低正極材料價格，藉由提高磷酸鏗鐵材料的電壓與振實密度，或發展下一代高電壓鏗鎳鑰氧化物（LiNiO.5Mnl.504）材料，來提升電池能量密度，此種正極材料的循環穩定度高，具有傳統鏗電池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（310mAh/g提升至＞600mAh/g）,將可增加電池能量密度50%以上，以降低電池價格。在動力鏗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