台湾锂电池供应链厂商作者：孙大壮 张颖来源：《海峡科技与产业》2014年第11期 早期电动车通常采用铅酸电池或镍氢电池，储电能量密度低，这也造成以往人们对纯电动汽车加速慢、车速低、续航里程短的刻板印象。 全球电动车锂电池产业变局
特斯拉跑车Model S出现后，其从静止到每小时百公里的加速时间为5.6秒，最高车速可达每小时193公里，最大行程480公里，已与一般汽车无异，彻底改变了人们的传统观念，其秘密就在于采用了超级电容器与锂电池相结合的所谓“超级电池”，无论是在功率密度（爆发力），还是能量密度（续航力）方面都优于以往的充电电池。 用通常大家能理解的话形容，超级电容就像美洲豹，瞬间爆发力快，而锂电池就像大象，续航力持久，二者的结合不但可发挥电池的最大效益，而且具备快速充电及高安全性的双特质，充放电次数以万次计，可以使用5年以上。
到底什么是超级电容？台湾工研院资深产业分析师吕学隆解释：电容器顾名思义，是作为储存电荷之用，通常由两块金属板组成电极，中间以电解液作为介质，构成电容器的基本结构。超级电容器则属于电容器中化学电容器一类，可再以反应方式细分为电气双层电容器（EDLC）与电化学电容器（EC）两种，前者以电气双层机制储存电荷，后者以氧化还原方式储存电荷。目前市场上EDLC商品化时间较早，且市场规模较大，逐步结合锂电池开发出更多衍生性商品。
吕学隆指出，其实超级电容的原理是利用了最大表面积去捕捉最多电荷，形成较大的供电密度。超级电容主要材料是活性碳，每克活性碳的表面积多至2000平方米，可以达到最大捕捉电荷效果。超级电容与一般铝电解电容的运用方式不同，铝电解电容就像一辆自行车只需要载一至二个人，但是超级电容就像一辆公交车，可以承载很多人。
由于超级电容在动力汽车的电力回收系统远超过锂电池，更能发挥动力电池的综效。举例来说，当驾驶者踩刹车时产生的动能可以转换为电能，因为电流非常大，一般电池不能瞬间储能，反倒是具有快速充电的超级电容可以做到这一点。
其实，超级电容的电能储存、释放是通过单纯的电荷移转，安全系数相当高，相比锂电
池在氧化还原过程中会产生化学反应，如果短路就容易爆炸、漏液等危险状况，更胜一筹。在寿命方面，锂电池仅能进行3000至5000次充放电，但超级电容充放电次数却是至少10万次，再加上可以进行瞬间充放电的脉冲动作，这些优点无异都让超级电容器成为未来储能思考时的首选。
刚于8月26至28日在上海举办的第五届中国国际超级电容器展览会是全球最大的超级电容器展，今年最大的焦点就在电动汽车上。
根据国际研究机构数据显示，目前全球超级电容器市场规模在2009年约43亿美元，且正在以20%至30%的幅度增长，今年将可超越100亿美元，2018年将达到200亿美元，若结合二次电池的相关产品，市场规模将会大幅扩大。
而特斯拉跑车上所用的锂电池就是我们平常手机、笔记本电脑上的电池，只不过数量特别多。由于跑车动能从过去来自燃油转为电力输出，将大量消耗锂电池，每辆Model S所用的18650型锂电池数量有8000个，相当于1.6万部iPhone 5手机或是1300部普通笔记本电脑的锂电池使用量。
因此，若以全球每年8000万辆左右汽车销量来看，纯电动车只要有1%的渗透率，就相当于128亿部iPhone手机的锂电池数量，约为目前全球iPhone手机数量的100倍。据研究机构分析，如今电动车动力电池正以每年121.8%的复合增长率快速增长，预计2015年电动车电池市场规模可达123亿美元，至2016年电动车将成为单一锂电池的最大用途，在这股超级庞大的需求涌现下，过去不佳的供需状况有望得以改善。
目前特斯拉的产能无法提高，就是受制于锂电池的产量。今年7月，特斯拉宣布，已与日本最大的电机制造商松下正式签订合作协议，将共同携手投资特斯拉位于美国的三座超级电池工厂（Gigafactory），预计在2017年开始运行，除了降低30%的电池制造成本，并能供应特斯拉计划在2020年达到年产50万辆电动车的电池需求。未来电池产能不仅可以自足，还可以供应其他电动汽车。
这项超大电池厂的计划中，松下将负责制造圆柱型锂电池及投资机械设备工具，特斯拉负责土地、兴建、设施和组装电池组。松下初期将投资约20亿美元，到2020年投资总额达到50亿美元。这项超大电池工厂计划能否成功，攸关特斯拉电动车能否大量生产、提高动力系统的效能，并能将其电动车的销售对象从有钱人变成普通大众。一旦该计划顺利完成，将是全球电动车产业发展的另一个新里程碑。
目前每辆Model S在北美市场的售价约7.9万美元，但可以获得联邦政府约9000美元的补贴。特斯拉老板马斯克在接受媒体访问时指出，希望在2016年能推出售价只有3.4万美元且续航里程能超过200英里（约合320公里）以上的电动车。如果特斯拉届时量产要达到这个目标，必须大幅提高电池的效率与降低制造成本，而如何改善电池效能将是最大关键。
特斯拉不仅和松下合组超大电池工厂，还宣布放弃所有的专利权，提供相关企业善意使用特斯拉的专利技术。在特斯拉宣布开放专利技术后，丰田和本田两家汽车制造商宣布放弃自己原本的纯电动车技术，有可能转而采用特斯拉的技术。特斯拉希望开放技术后被大量采用，最后成为产业规格，这是最符合特斯拉的商业利益。另外，宣布开放专利技术后，现在传出特斯拉将和宝马合作研发电动车。 特斯拉电池采用18650型钴酸锂离子电池，也就是笔记型电脑常用电池类型，其他电动车电池采用磷酸锂铁电池，和磷酸锂铁电池相比，18650型电池技术较成熟，具有功率高、能量密度大、一致性较高等优点，但用于汽车则安全系数较低，因为大规模电池串联及并联容易有过热风险，同时生产成本相对较高。
为了克服这项技术问题，特斯拉研发出一套电池管理系统，成功将7000至8000颗1865
0型电池串联及并联在一起，目前特斯拉汽车所发生的意外，都还没有归因于电池系统着火。
特斯拉技术总监Jeffrey Straubel接受媒体访问时透露，特斯拉的电池成本大约占总成本不到一半（据此推估约在四成左右）；换句话说，特斯拉电动车要降价一定要从电池和电力系统着手。根据以前的历史推测，由于技术不断改良，电池成本每年可以持续降低7%，即使特斯拉不建大电池工厂，到2020年初，电池成本大约可以比现在降低35%左右，超大电池工厂若能按照计划顺利运转，届时整体电池成本将会下降得更多，甚至达到50%，的确有望让Model S车价降到每辆3至5万美元以下。
最近两年松下的获利表现在日本电子业中表现抢眼，就是因为提高了电池生产比重。一旦超大电池工厂正式运转后，松下电池部门占该集团营收的比重将能达到三分之一。假如丰田、本田以及宝马，甚至更多车厂都采用特斯拉的电池系统生产电动车，松下将是特斯拉之后的第二大受惠者。
对台湾锂电池产业的影响
近日所发生的全球电动车锂电池产业变局，对台湾相关产业造成深远影响。
众所周知，电动车成本最高的核心部件就是动力电池，通常占整车成本的35%到40%。由于电动车车辆重达1500至1700公斤，且需要瞬间加速，动力电池必须具备高充放电效率、长期使用寿命等特性。镍氢电池因重量重，又有记忆效应的缺点，不适用于需要大容量电能的插电式油电混合车或纯电动车。
目前车用锂电池主要有锂铁（磷酸铁锂，简称LFP）、锂钴（钴酸锂，简称LCO）、锂锰（锰酸锂，简称LMO）、锂镍（镍酸锂，简称LNO）和三元性（镍钴锰酸锂，简称NMC）几大技术路线，其各自优缺点。见表1
其中，大陆车厂主要采用安全、耐用、技术较成熟、价格相对较便宜的锂铁电池，俗称“铁电池”。与铅酸或镍氢电池相比，锂铁电池可减少28%到40% 的体积与重量，而且由于不含钴等贵重金属，原料价格低，且磷、锂、铁在地球的资源含量丰富，不会有原料枯竭问题，再加上耐用（部分厂商可使用到5000次以上），未来克服一系列量产技术问题以后，成本可望降低到和铅酸电池差不多。过去锂铁电池存在能量密度较低、循环寿命低、效能不佳等问题，经过近年的改善后，能量密度提升2倍以上，循环寿命次数增加6倍，效能提高18倍，已重获市场青睐。但锂铁电池有工作温度高的缺点，电动车失事时可能会发生火灾。
工作温度相对较低、且能量密度高的锂锰电池虽获得日本车厂力挺，也是目前日产（NISSAN）Leaf电动轿车及丰田和本田油电混合动力车所使用的电池，但因有超过摄氏50度，循环寿命将衰减20%，且永远无法回复的缺点，今后有可能被弃用。
特斯拉所使用的三元性锂电池过去主要用于电动工具和无轨电车上，其被外界诟病的最大问题就是安全性，不过马斯克声称已通过电控软件技术加以解决。加上奔驰、丰田等车厂已取得特斯拉技术授权，未来将有多款电动车使用“Tesla Inside”的锂电池解决方案，让三元性电池发展令市场期待。
至于锂钴、锂镍电池，也都有各自的优点和缺点。最早出现的锂电池即采用钴酸锂材料，特斯拉首款车型RoadSter也是采用锂钴电池，虽然技术成熟度及安全性上都比三元性锂电池高（且能量密度相同），但由于钴等稀有金属价格较高，现在主要应用在智能手机和可穿戴装置上，苹果iPad则采用钴酸锂与镍钴锰混合材料。
目前全球锂电池产业基本被日、韩、大陆所垄断，合计占全球市场的95%，但大陆所占的都是低端市场。全球前七大电池生产厂商由4家亚洲公司、两家美国公司和一家德韩合资公司占据，大陆企业榜上无名。
这4家亚洲公司分别是韩国的LG化学公司LG Chem，简称LGC）、日本松下集团旗下专责生产车用镍氢电池的厂商Panasonic EV Energy（PEVE）、由日产与NEC合资成立的AESC公司（Automative Energy Supply Company）、三星SDI公司，瓜分了全球主要车厂的大部分锂电池市场占有率。
韩国LGC是LG集团的母公司，以石油化学、资讯电子材料、锂电池三个事业为中心，计划2014年投资1万亿韩元，将电动车电池打造成为其支柱产业，并占领全球市场的20%以上。美国江森自控（Johnson Controls）在北美、欧洲和亚太地区混合动力车和电动汽车的锂电池方面，市场占有率为全球第二，仅次于LGC。AESC最近也投资1000亿日元，用来开发锂电池；而松下在用4038亿日元收购三洋股份后，成为日本最大的锂电池生产商。此外，日本汤浅电池公司（GS Yuasa）最近也投资450亿日元在锂电池的开发应用上。
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