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電動車開發廠商對動力電池未來發展要求
ITIS智網呂學隆
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一、2018先進車用電池會議可觀察動力電池未來發展

先進車用電池(Advanced Automotive Battery ConferenceAABC)會議往年都在歐洲與美國兩地舉行,今年也在1月於德國Mainz舉辨,本次會議主要聚焦於各大車廠對動力電池系統開發及動力電池未來技術的設計,以及未來電動車市場對全球鋰電池的影響變化。如以電動車電池的技術變化來觀察,電動車生產與製造成本是全球汽車業一直守口如瓶的秘密之一。藉由分析各項重要零組件,如電池系統、馬達系統等,可以約略了解整體成本架構。未來10~20年內要讓電動車普及,現階段電動車電池成本占整車比例過半一項就成為影響關鍵。 

二、VW集團提出電動車MEB計畫

在上述潮流影響下,VW集團提到在未來的MEB計畫當中,將陸續推出超過85款電動車型,並希望2020年時所導入的電池系統價格可在100歐元/KWh以下。屆時電池芯價格約需達到低於80歐元/KWh之水準,相較於現今電池芯價格約在150~200美元/KWh之間的差距上,仍有極大努力空間。VW也提到在各界預期電動車將大幅成長的前提下,國際電池相關原礦原料,如鈷金屬、鋰礦等價格已大幅度上漲,成為此項成本目標要在2020年時達成的一大挑戰,也成為現有MEB計畫電池供應競爭同業如Samsung SDILG化學、CATL等廠商的競爭關鍵。

 

三、雷諾集團Alliance 2022計畫

Alliance 2022」計畫,訂出於2022年前陸續推出12款電動車,且電動車銷售占集團汽車出貨數量70%以上之目標。為達成此一集團目標,其電動車設計聚焦於電機控制系統的效率提升。部分車款須達到單次充電可行駛600公里之航程設計,以及可支援15分鐘充電後行駛230公里以上的便利性設計,較2016年車款僅可在同樣充電時間後行駛90公里的規格約成長為2.5倍。但整體系統成本目標希望較2016年降低20%,電池模組成本降低30%

在電池技術水準的提升與未來規劃上,雷諾集團也提出從2013年第一代「ZOE」車型到2016年推出之「ZOE ZE40」車款之電池技術改進作法,以及對於未來到2035年時的電池技術發展規劃。ZE40NEDC測試下可達到超過400公里之單次充電行駛距離,搭配68KW/220Nm之馬達與41KWh/240~403V可變輸出之電池模組。此一電池模組在與第一代系統具備完全相同的模組體積、串並聯設計與重量下,電芯容量由36KWh增加至65KWh,電池體積能量密度由320Wh/L提升至496Wh/L,重量能量密度由160Wh/kg提升至240Wh/kg。至於對未來的電池技術要求上,雷諾集團則是希望於2025年時,可於集團電動車款上導入350Wh/kg能量密度之電池,2035年時採用500Wh/kg之電池技術。

 

但要達成上述之電池技術提升工作,仍有相關新材料技術與技術門檻等經驗須逐步累積。如以ZE40已導入NMC622之現況來說,要進一步提升能量密度,集團就已朝向下一代產品導入高鎳化三元材料如811與鋰鎳鈷鋁正極材料(NCA)來考量,同時搭配矽負極技術來增加能量密度,兼顧降低價格快速上漲之鈷金屬用量。由此觀之,在觀察未來主要電池廠商的技術發展動向時,可進一步觀察前述國際動力電池領導廠商的材料技術導入時程,以及在面臨技術瓶頸或是安全性問題威脅時,動力電池廠商的應變處理方式與選擇變化差異;如高能量鎳錳鈷三元系材料、鎳鈷鋁三元材料、各項負極材料間搭配摻混的技術變化、高能量/高電壓電解液添加劑體系、多層隔離膜/功能性塗層技術等均是近年最熱門之材料技術焦點。

四、結論

綜整本次廠商之產品與廠商對於未來市場佈局重點的看法,在能量密度/電容量的提升方向上,各廠商均列為發展重點。在純電動車銷售出現顯著成長的情況下,伴隨的高能量電池技術與高能量材料的需求,將會持續做為各界投入與聚焦的技術核心。以上述國際主要廠商目前的技術開發現況來觀察,目前在其使用的動力電池能量密度部分仍有待提升。如體積能量密度目前在電池芯的部分達到320Wh/L,重量能量密度達到155Wh/kg,但是計算到模組部分的能量密度時,大多只能達到100Wh/L以及80Wh/kg的水準,代表目前車用動力電池的標竿廠商所使用的電池技術在續航力表現上仍有不足。因此對於能量密度的提升研究,成為各界的重要發展指標。只是各廠商所選擇的材料技術體系與導入時間各有差異,如何兼顧成本控制與技術發展,將是未來觀察的重點。

(本文作者為工研院IEK執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)

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