電動汽車的飛速增長 將引發(fā)全球電池技術風暴

電動汽車的飛速增長 將引發(fā)全球電池技術風暴

因應傳統(tǒng)車廠加入電動車戰(zhàn)局，全球五大車用鋰電池廠商，無不卯足全力鞏固鋰、鈷、鎳等金屬料源，同時大舉擴充產能。此外，廠商也開始朝高鎳三元電池與固態(tài)電池發(fā)展，未來誰能夠領先群雄，誰就是電池產業(yè)的新贏家。

一場寧靜革命即將開始！未來兩年之內全球電動車銷量可望突破500萬輛，帶動電池及相關零組件需求暴增；因應傳統(tǒng)車廠加入電動車戰(zhàn)局，全球五大車用鋰電池廠商，無不卯足全力鞏固鋰、鈷、鎳等金屬料源，同時大舉擴充產能。此外，廠商也開始朝高鎳三元電池與固態(tài)電池發(fā)展，未來誰能夠領先群雄，誰就是電池產業(yè)的新贏家。

根據(jù)國際能源署的全球電動車展望，2017年全球電動和插電式混合動力汽車數(shù)量超過300萬輛，比16年增加54％，預計到2030年電動車的數(shù)量將達到1.25億輛。隨著越來越多傳統(tǒng)車廠跨入電動車領域，將促使鋰電池與相關材料如（正負極材料、隔離膜與電解液）需求只增不減。日本調查機構矢野經(jīng)濟研究所調查報告指出，因德國自2030年起、英國和法國自2040年起將禁售內燃式引擎（internal combustion engine）車，讓各家車廠將加快腳步推出電動車等環(huán)保車新車款、有望提振車用鋰電池市場持續(xù)呈現(xiàn)增長，預估2020年車用鋰電池市場規(guī)模將擴大至一1.97GWh、將較16年成長1.57倍，到2025年有望進一步擴大至254.9GWh。

當前電動車普及率無法有效加速，最大關鍵仍在于電池成本居高不下，鋰電池當中所涵蓋的鈷、鋰、鎳等金屬原料，往往易受到國際局勢或人為炒作而出現(xiàn)波動。日前日本電池大廠Panasonic已宣布計劃在2-3年內量產鈷用量減至現(xiàn)行一半的圓筒型鋰電池，可望大幅降低電池成本，進而使得電動車的車價不再是高不可攀。

為了解決成本上漲的問題，同時往高能量密度（大于200Wh/kg） 產品推進，電池芯廠積極導入鎳錳鈷（NCM）與鎳鈷鋁（NCA）等正極材料，增加鎳金屬的使用量，相對的鈷金屬的比重也會逐漸降低。若按照鎳錳鈷的比例，三元電池又可以分為111、523、622、811等型號。由于鎳主要作用為提升能量密度，目前在高鎳三元動力電池領域，Panansonic幾乎是獨霸。 Panasonic應用在特斯拉Model 3上的圓柱型電池，透過改良高鎳正極材料和矽碳負極材料的應用，使電池能量密度實現(xiàn)了20％的提升。根據(jù)中國工信部發(fā)布的《促進汽車動力電池產業(yè)發(fā)展行動方案》，到2020年，電池能量密度達到300Wh/kg，系統(tǒng)比能量達到260Wh/kg。以現(xiàn)有的技術條件，磷酸鐵鋰和622以下的正極材料是很難達到上述要求。如果要達到300Wh/kg以上的能量密度，811三元電池幾乎就是唯一的選擇。因此，未來因應中國更為嚴苛的電池標準，電池相關廠商勢必要朝高鎳三元電池發(fā)展。

然而，高鎳三元電池也對電解液帶來了巨大的挑戰(zhàn)。高鎳三元正極的吸水性強、穩(wěn)定性低，在高溫條件下鎳元素的催化作用會加速電解液的分解，使電解液氧化，而產生裂縫并且溶出的錳、鈷等過渡金屬離子還會破壞負極上的SEI膜，致使在高溫環(huán)境下電池的容量、回圈和安全性都受到嚴重影響。

電解液主要由溶劑、六氟磷酸鋰與添加劑三部分所組成，雖然電解液占鋰電池成本約一成左右，但卻是不可或缺的關鍵材料，其主要作為帶動鋰離子流動的載體，對電池的容量、工作溫度范圍、循環(huán)效率和安全性能等相當重要。目前中國廠商為全球電解液主要供應商，產量市占率高達六成，其中，以新宙邦居領導地位。日前新宙邦更斥資120萬美元收購巴斯夫（BASF）在歐美地區(qū)的電解液業(yè)務，預計十二月完成交割。過去以來，新宙邦自主研發(fā)添加劑，目前自制鋰電池電解液添加劑種類超100種，如今已是LG化學與三星SDI主要供應商。

當前鋰電池最大問題還是在于安全性，因為鋰電池里頭要有讓鋰離子能夠于其中游走導電的液態(tài)電解液，電極浸于其中，并用隔離膜隔開，這種構造的問題在于，不斷充放電循環(huán)之后，電解液體與固體的交界會發(fā)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。對此，近來不少廠商開始著手發(fā)展固態(tài)電池。由于全固態(tài)電池的正極、負極、電解質全為固態(tài)，因此不用擔心液體外漏、安全性很高，且僅需數(shù)分鐘時間就可充好電、遠優(yōu)于現(xiàn)行鋰離子電池的數(shù)十分鐘，加上具備大容量化特性，因此充飽一次電可行駛的距離有望提升。尤其，能量密度可以高達350～500Wh kg，比起三元電池是二倍的躍升。

目前包括豐田、大眾、通用等車廠，以及歐洲四家電池公司Saft Batteries、Siemens、Solvay和Manz AG已于今年二月組成聯(lián)盟，聯(lián)手開發(fā)高密度液態(tài)電解質鋰離子電池以及固態(tài)電池。此外，日本三菱化學計劃在2020年前研發(fā)全固態(tài)電池關鍵材料固態(tài)電解質。不過，固態(tài)電池目前仍遭遇一些技術上的難題，例如固態(tài)電解質制程良率過低，使電極與電解質之間的介質阻抗過高，影響整體電池的效能，成為當前相關廠商必須克服的難題之一。