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2024.02.01
產業趨勢

高鎳三元電池是什麼?讓電動車成本大降,日韓也瘋狂研發

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近年特斯拉、日本、韓國電池電廠紛紛研發「高鎳三元電池」,透過減少稀有金屬鈷,增加鋁、鎳的用量,不僅降低成本,還能提升電池的能量密度。

鋰電池是目前電動車採用的主流,被視為是新能源時代的「石油」。電動車帶動鋰電池需求提高,然而疫情、戰爭導致金屬原材料與零組件價格上漲,帶動鋰電池價格上漲。

如同電動車心臟般重要的電池,成為各國政府爭取的國安戰略物資,積極推動電池材料與礦源自主化。另一方面由於電池占整車成本約40%,電池業者也想方設法從材料、設計做調整,試圖降低生產成本。

鋰電池主要由正極材料、負極材料、電解液及隔離膜4大部分組成,一顆電池的生產成本其中有7成來自材料。

目前主流的鋰電池為三元電池,其中三元是指鎳、鈷、錳(或鋁)3種金屬元素的聚合物,3種元素混合的比率不同。

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近年特斯拉、日本、韓國電池電廠紛紛研發「高鎳三元電池」,透過減少稀有金屬鈷,增加鋁、鎳的用量。根據工研院材化所數據,採用高鎳材料後,電池綜合單位成本下降幅度最高可在8%以上。

台泥旗下鋰電池製造商能元科技,所生產的電池芯為「高鎳三元電池」,具高功率、低阻抗和擁有快速充放電能力,適合應用在電動垂直起降飛行器(eVTOL)。


5成鎳增至8成,能量密度再多17%

不僅降低成本,還能提升電池的能量密度。專攻電池研究的工研院產科國際所經理呂學隆指出,「若把三元電池的鎳比率從50%拉高至80%,能量密度就增加17%。」他看好隨著高鎳三元電池的生產規模擴大,有助降低電池的成本。

若以電池形狀來看,主要分為圓柱、方型、軟包型3種, 業界觀察接下來車用電池將走向標準規格化的趨勢 。鋰電池新創格斯科技執行長張忠傑觀察,不少採用軟包型規格電池的歐洲車廠開始投入電池標準化,除了有效降低電池芯使用總數量外,同時藉由規範電池模組的長寬高,「不僅有助提升電池底盤的組裝效率,未來在汰役電池的問題上,產業將更容易投入電池回收。」

特別是生產電池的稀有金屬資源有限,若能回收再利用將可穩定供應。DIGITIMES研究中心資深分析師林芬卉表示,「電池材料回收再利用,材料成本較從源頭採礦約減少20%。」

看準電池回收商機,前特斯拉共同創辦人暨技術長史特勞貝爾(JB Straubel)創立的電池回收新創Redwood Materials,加速在美國建電池回收廠,將生產足夠的正極、負極材料,每年為超過百萬輛電動車提供動力,預計2023年底前開始回收電池,就近服務合作夥伴包含Toyota、Volvo與Panasonic等。

另一方面, 電池大廠積極投入簡化電池結構設計 ,例如CTP技術(Cell to Pack,無模組電池包)、CTC技術(Cell to Chesis,電池底盤),中國電池製造商寧德時代就是專攻CTP的代表業者。

過去動力電池的結構為電芯(Cell)組裝成模組(Module),再加上電池管理系統與熱管理系統形成電池包(Pack),對電池進行層層分級的管理,卻也出現電池占用面積過大與空間浪費的問題。

新提出的CTP技術,少掉電池模組,降低汽車重量,省下的體積可以放更多電池,提升續航里程;而電動車大廠特斯拉提出的CTC技術,讓電芯與車輛底盤整合,雖然減少更多的材料成本,但缺少模組與電池包的保護,增添電池的安全與穩定性風險,考驗電池廠的技術力。而在還沒有新突破的電池黑科技出現前,電池廠從調整材料、結構設計將成為重要趨勢。


文字編輯 高柏科技團隊

 


林唯耕教授
 

作者

林唯耕教授

學歷 | 美國馬里蘭大學博士
現職 | 國立清華大學,工程與系統科學系,兼任教授
專長 | 電子構裝散熱、熱管、環路式熱管(CPL,LHP,PHP)、節能設計、太陽能儲熱與冷卻、熱流系統、電子元件之冷卻、雙相流、人造衛星暨高空飛行物之熱傳元件

 

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