電動車電池（二）：研發競爭與地緣政治

美國能源部公布自2008年至2022年以來，電動車電池的價格下降89%。降價的2個主要原因是因為量產以及電池技術的進步。

量產的驅動力來自於電動汽車量的增加，而規模經濟的效果自不待言。

技術的進步值得一提，其中研究主軸自然是材料，但範圍包含廣泛的電化學、電極材料、電解液、催化劑、機構、監控等。在這統計的14年中，不僅奈米科技一日千里，容許工程人員對微小物質的操控，而且這段時間也是材料科學成長出新的研發臂膀期間，理論的新手段如第一原理計算（first principles calculation）、機器學習乃至量子運算等，紛紛被應用到電池材料的研發。

這些手段在進入實驗之前，可先預測目標材料種類及特徵參數，實驗結果往往也與預測相近，這些開發手段的改變大幅縮短開發時程、降低開發的經費。

掌握這些新研發方法，乃電池研發競爭的主軸之一。

車用電池發展與注重企業ESG的年代也重疊，因此企業經營必須將整個生態環境計入經營考量，企業再無外部成本可言。鋰離子電池中使用較多的鋰、鎳、鈷等金屬，如果按照目前的使用效率及市場成長估算，目前已知的礦藏量可能在10年後告罄，所以分級使用以及資源回收勢在必行。譬如電動車電池在充電率降至90%之後，經廠商修整再移至再生能源當儲能設備使用，最終進入資源回收的循環。

電動車電池一直存在著地緣政治的議題，主要原因是電池是電動汽車的核心，而中國掌握全世界60%電池組製造，高度集中的比例在今日地緣政治的環境下，令人擔憂電動車電池也會被用來做為戰略槓桿工具。

筆者有幾個理由，認為這是過慮了。

第一個原因是原材料。世界的鋰礦藏大部份在南美洲三國：玻利維亞、阿根廷、以及智利，其次是澳洲。

中國有70%的原材料依賴進口，但是中國對於礦藏本身可能擁有部分所有權。如果鋰離子電池一旦升級為戰略物資，各國普遍有政府可以徵用的法令，啟動槓桿戰略的可能，中國自己先反受其害。

第二個理由是中國雖然電池組產量佔全世界60%，但是電動車產量亦佔50%以上，而且上升勢頭甚猛，譬如2022的出口輛數就較2021的多1倍。

在自己使用供需略近平衡的狀況下—而且電池成本目前佔電動車成本近40%，本身價值不菲—將電動車電池當成戰略槓桿武器使用是不切實際的。一旦供應鏈重組，中國自己受傷害的機率很大。

第三是新電池的發展仍然在持續發展之中，鋰離子電池未來是否仍然是主流產品仍在未定之天，這也是各界關注電池產業發展的焦點。

近期趨勢是重回鈉離子電池。雖然鈉離子電池因為鈉的原子序較大，其比能量目前處於100~150 Wh/kg，仍然略遜於鋰離子電池的120~180 Wh/kg，但是其原材料價格便宜甚多：碳酸鈉（sodium carbonate）每噸就300美元上下，而碳酸鋰（lithium carbonate）2月價格略低於50萬美元。二者價格有上百倍的差距。

鈉離子電池還有其它的功能性優點：可以在較低的溫度工作，也沒有過放電（overdischarge）的問題（鋰電池電力完全用完時負極可能受損）；鈉離子電池的導電率也較高，所以比功率、充電速度也較高。另外，鈉離子電池在短路時升溫較鋰離子電池慢，相對較安全。

鋰離子電池的負極（anode）通常是石墨（graphite），正極（cathode）常用鈷酸鋰（lithium cobalt oxide）；鈉離子電池要複雜得多。負極因鈉離子較大，沒辦法嵌入石墨中，必須用硬碳（hard carbon），而硬碳價格很高，一噸在十數萬美金之譜，這降低了鈉原材料的成本優勢；而正極材料亦較鈷酸鋰要複雜得多。

即便有這些工程的挑戰，預計今年（2023年）鈉離子電池會進入量產，而鋰離子電池下半年可能會產能過剩。電動車產業從鋰離子電池邁向鈉／鋰離子混合電池的過程正在發生之中。

在更長遠的未來，氫燃料電池（hydrogen fuel battery）—如果可以解決工程問題的話—是更理想的電池產品：原料氫和氧都沒有儲藏量的問題，而使用後的產物是水，也無環境污染和回收的問題。

因為有這些可能的技術急轉彎的新產品，以鋰離子電池當成戰略槓桿物資的機率並不高。毋怪乎有些大的傳統汽車廠能氣定神間的在一旁靜觀，沒有加入鋰離子電池的競爭。目前只是初發韌期，所以電動車電池目前還沒有統一規格，一切有待觀察。

延伸報導電動車電池（一）：材料演變與應用型態

 

2008~2022年電動車鋰離子電池組成本價格變化