新一代鋰電池使用固態電解質,提高電池能量密度與安全,滿足電動車長續航力和高安全性的需求。

新一代鋰電池使用固態電解質,提高電池能量密度與安全,滿足電動車長續航力和高安全性的需求。


撰文/陳怡如

2022年全球車市微幅衰退之際,電動車銷售量卻突破千萬台,成長超過5成,約占整體新車銷售的13%,看好電動車成長的勢頭,企業無不積極搶食電動車大餅,工研院從電動車的關鍵材料、電池、充電樁和製造設備等四大面向切入,剖析電動車四大關鍵要素的發展趨勢。

電動車的火熱發展,讓「稀土」這個名詞開始出現在大眾視野中。「稀土」顧名思義,就是指蘊藏量比一般金屬稀少許多的金屬,戰略性的稀土主要有17種,雖然罕見,但用途非常廣泛,舉凡電動車、手機、永久磁鐵、馬達、觸媒等,都會使用大量稀土,是相當重要的關鍵原材料。


稀土資源過度集中 淨零發展隱憂

工研院產業科技國際策略發展所分析師廖鎔榆指出,稀土應用以永久磁鐵的價值最高,電動車馬達以永磁同步馬達為主流,具有效率高、輸出大、體積小、重量輕的優勢,若使用稀土馬達,更可降低重量跟尺寸;其他使用稀土的電動車零件,還包括鏡頭用光學玻璃和部分固態鋰電池的電解質等。

但目前稀土最大的問題是,在料源、分離、冶煉和磁鐵製造的產能上,都集中在中國大陸,尤其在後3項更控制全球9成左右的市場,供應鏈中斷的風險,是所有礦產最高。「未來臺灣在儲備稀土資源和循環再生上,以及開發少稀土、無稀土的材料技術,將成為不得不面對的淨零必考題。」廖鎔榆說。


新一代鋰固態電池 有效解決里程焦慮

提高電池續航力與解決電池快充能力是影響電動車普及的一大關鍵,鋰電池獨領風騷數10年,2020年全球鋰電池需求量206GWh,2030年則超過1,200GWh,而固態電池被視為新一代鋰電池,也就是使用固態電解質,取代傳統鋰離子電池的液態電解液,提高電池能量密度與安全,也能抑制材料與電解液反應,延長電池的高溫壽命,滿足電動車長續航力和高安全性的需求。

工研院材料與化工研究所組長陳金銘認為,由於性能與成本須符合產業化需求,固態電池導入電動車市場的時程,依序是類固態電池(樹脂固態電池)、鋰金屬固態電池、全固態電池,「預計2030年後,全固態電池才會應用在電動車上。」

而另一個備受關注的電池則是鈮酸鈦電池。比起傳統鋰電池,使用鈮酸鈦作為鋰電池負極材料的鈮酸鈦電池,具備超級快充能力,只需5分鐘就可以充飽電,以及1萬次充放電的超長壽命,同時具備高安全性和高電容量。


四大趨勢 充電產業多元並進

另一方面,電動車也帶動充電樁市場快速成長,不管是公共或私人充電樁新增安裝量都呈現2位數成長。預估2023年公共充電樁新增安裝量達111.7萬槍,相較去年成長34.4%,2022年至2026年均複合成長率為12.5%,而私人充電樁則達30.1%。

工研院產科國際所研究經理黃雅琪指出,「未來電動車充電產業有四大趨勢,包括充電快速化、充電智慧化、能源自主化和服務多元化。」目前充電樁最大功率設計達480kW,讓第三代半導體材料碳化矽(SiC)備受關注;聯網可控也成為充電樁的基本要求。未來電動車的充電地點與營利模式將更彈性、多元,像是結合廣告、以租代買、充電共享、充電即健檢等。

透過電網與電動車雙向充放電的技術,電動車還有機會成為需量反應與輔助服務的重要資源,電動車充電業者有機會跨入成為能源服務業者。但充電站結合再生能源與儲能可否創造收益,仍取決於所在地點的背景條件影響,包含充電站利用率、電力公司線路設置價格、當地的電費價率、日照量、電力市場機制等。


三大面向 切入電動車製造設備商機

2022年全球電動車銷量突破千萬輛,各國皆積極拓展電動車生產能量和基地建置,帶動機械設備的市場需求。工研院產科國際所熊治民副組長將電動車生產設備商機分為三大塊,分別是電池系統製造設備、動力系統和車身結構製造設備,以及因應智慧製造帶來的自動化與智慧化應用方案,如AI、IoT、機器人等。

熊治民認為,過去30年來,臺灣機械業已累積不少競爭優勢,包含客製化機台的配合能力、完整靈活的供應鏈,以及品質與成本的控管。而發展劣勢則在於缺乏本國具主導力的終端品牌客戶、品牌國際形象仍需持續強化、機台存在價格天花板,以及不容易與國際終端客戶(例如車廠或一二階供應商)建立合作網絡等。

他建議,臺廠在電動車製造設備研發和市場拓展策略上,可從三大方向著手。首先是聚焦產品方案,例如瞄準工具機、馬達和電池的製造組裝設備,以及自動化和系統整合方案。第二是加強國內異業合作,包含動力系統商、電池系統商與整車組裝商,透過建構生態系打造連結關係。第三是國際產業鏈投資併購,針對國外電動車零組件、機械設備廠和新創公司,國內業者都可以考慮透過國際投資或併購的方式,擴大終端需求與製造能量。


全球車用電子產品數量逐年增加。

電動汽車充電產業焦點趨勢,和產品研發與市場拓展策略。