進入電動車的核心:電池技術和廠商介紹

面臨歐美日等主要國家相繼宣布禁售燃油車的目標期程,2021年全球電動車市場銷售強勢成長,電動車取代燃油車已成國際主流趨勢,根據國際能源署(IEA)2021年4月公布的全球電動車展望報告(Global EV Outlook 2021),2020年全球電動車銷售量高達300萬台,較2019年大幅成長41%。

IEA預期2030年電動汽車、電動公車、電動貨車及電動卡車的數量將會達到1.45億輛。預測未來十年全球電動車銷量將以21%驚人的年複合成長率成長,而其中電池生產量的成長率較電動車的銷量成長更快。

電動車的成本結構中電池占比達30%~40%左右。要了解電動車產業不妨先來瞭解其關鍵核心電池產業。本文將介紹電動車電池材料、技術,及全球和台灣的重要電池相關供應商。

電池主要由三部分組成分別為電池芯、機殼、電源控制板;上游主要為電池材料廠商,包含電極、電解液、隔離膜、罐體、銅箔、鋁箔等材料供應商;中游主要為電池芯製造廠商;下游為電池模組廠商。

目前電動機車、腳踏車所採用的電池仍以價格低廉的鉛酸電池為主,而鋰離子電池已成為BEV、PHEV車輛最常選用的電池正極材料類型。

電池原材料相關廠商其中又以正極、負極、電解液、隔離膜最為重要,占電池芯成本的六成左右。

一、正極材料(Cathodes Meterials):一般以錳酸鋰(LiMn2O4)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)、鎳鈷鋰(LiNiCOO2)三種為主要材料,在正極活性物質中再加入導電劑、樹脂粘合劑,然後塗在鋁基體上。鋰電池的整體性能有很大程度上取決於正極材料的品質,因此在相關應用中,品質控制至關重要。全球主要廠商包括LG化學、松下(Panasonic)和比亞迪(BYD),以及德國巴斯夫(BASF)、中國的國軒高科、英國的Johnsson Matthey。 

二、負極材料(Anodes Meterials):以碳材料為主,又分為石墨系與焦碳系,石墨系的重量能量密度高且材料本身的結構具有規則性,具平穩電壓功能,適用於充電器及3C電子產品。製造負極材料的領先公司主要位於日本和中國,包括日立(Hitachi)、三菱化學(Mitsubishi Chemical)以及東海炭素(Tokai Carbon) ,和中國的BTR Energy、韓國負極生產商GS E&C、韓國的LS Mtron Carbonics等。

三、電解液(Electrolytes):電池中陽極和陰極之間的液體介質,這些材料也高度集中在亞洲,特別是中國和日本,包括新宙邦(CapChem Technology)和三菱化學。此外還有一些新進入廠商,包括韓國LG化學、美國的杜邦(DuPont)、日本的大金(Daikin)。

四、隔離膜(Separators):將電池中的正負極隔離,隔膜形成催化劑使離子在充電時從正極移動到負極,而在放電時從負極移動到正極。隔離膜主要多為日本廠商包括旭化成(Asahi Kasei)和東麗(Toray Tonen)等,近年中國也有越來越多隔離膜製造商。

電池芯的製造流程係經由混合、打漿、塗佈、乾燥、輾壓、分條等製作出正負兩極,再經組裝、灌電解液、封罐後產製完成。電池芯廠的量產規模與良率是競爭力來源。

由於鋰離子電池芯為電池供應鏈中最為關鍵的環節,讓電池芯製造商在汽車電池供應鏈中迅速崛起。目前電池芯主要的供應 來自日韓中等亞洲廠商,包括韓國的LG Energy Solution(LG化學獨立運營的子公司)、比亞迪、松下、CATL、SKI,中國寧德時代。而目前鋰電池產能有74%位於亞洲;13%位於歐洲;10%位於美國(大部分目前為特斯拉與松下的合資企業)。

而全球主要車廠積極以自行投資、購併,或與電池廠進行技術合作等方式多方布局,以確保電動車生產所需電池量能,Tesla於2020年底宣稱已獲得在美國內華達州鋰礦的開採權,Panasonic也宣布於2021年底前展開美國內華達州的試驗工廠計畫。

Toyota於2021年9月7日對外界宣布,計畫在2030年之前投資1.5兆日圓於電動車電池。並於2021年底宣布將於美國北卡羅萊納州興建車用電池工廠,工廠預定將於2025年開始生產,初期產能將提供20萬輛電動車使用,最終目標將擴大電池產量每年能供應120萬輛電動車使用。

台灣電池材料領域的代表廠商分別為:正極材料的美琪瑪、康普、立凱、壹久科技,負極材料的中碳、榮炭、長春石化,電解液的聚和,以及隔離膜的明基材。而在下游的電池組裝方面,台灣電池模組產值占全球大約四成(主要應用3C產品),如新普、順達等電池模組廠,但電池組裝由於技術門檻相對較低而導致毛利較低。 台灣目前在電動車的電池系統、充電系統、馬達動力、車身系統、車電系統皆有佈局,且擠身全球電動車大車的供應鏈中。車電系統多為台積電、瑞昱半導體、友達、群創等科技大廠,從電動車的電池上游電池材料切入亦不失為台灣可集中資源、長期發展的未來利基產業。

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