上接锂电池的新纪元(一)

　　使用在EV的锂离子充电电池比起使用在手机中的大多了。手机中的电池容量只有重覆使用2至3Wh，而单一混合动力车的电池组大约是1kWh，大约是500倍。电动车为20kWh，代表至少多了1万倍。
　　手机在2009年全球的出货量达到了约11亿支，使得手机锂离子充电电池的市场规模一年有约3000MWh。当加入笔记型电脑和其他设备时，可携式装置市场的整体规模大约介于10,000至15,000MWh。15万台的EV大约等同于手机的市场，或是50万至75万台之间就等于整个携带设备市场。全球整体新车销售大约是7000万台，即使其中只有1％是EV，20％是混合动力车，市场规模也明显比整个可携式设备市场大！

　　如果真的发生时，可能意味了大容量锂离子充电电池将扩大应用在铁路运输和工业设备等。

扩大到铁路和工业设备

　　如果用在EV的大容量锂离子充电电池真的起飞，价格很可能就会大幅下降（图4）。如果建立新的全自动生产线就可以削减人事费用，一电池制造商表示：“目前每kWh的20万日元成本就可以减半。”业界中有不少人都表示如果开始量产EV电池的话，价格将在2015年降至每kWh约5万日元。

　　例如日立公司（Hitachi）预订了价值１万亿日元配有锂离子充电电池的柴油混合铁路车厢要运往英国。例如下一代的轻轨运输（light-railtransit,LRT）可以减少一些或全部的航空线，以减少航空线的建构成本，并确保电力中断时也可以作业.这代表了车载大容量锂离子充电电池有了新需求。

　　在工业设备中，锂离子充电电池已安装在铲车、无人架驶自动车、码头起重机以及建筑机械等。三菱重工在2009年10月推出了一混合型铲车重机配上该公司自己的锂离子充电电池。日本住友重机械工业公司在2008年7月开始销售配有锂离子充电电池的混合型起重机，应用在码头货物处理上，并已有来自香港客户的订单。

　　一家重机械制造商的消息透露：“他们尚未推出锂离子充电电池，但已在中国贩售配有内建电容器的混合型铲土机。”混合型铲土机的价格大约是比标准设计的贵1.5倍，但日本小松公司（Komatsu）的发言人表示“燃料费用少了25至40％”。在像中国等地方机器是长时间操作的，这将使成本降低。

2015年以后进入家庭

　　如果用在EV、工业机器及其他应用的大容量锂离子充电电池更为扩大的话，价格可能降至每kWh约3万日元。在这价格时，锂离子充电电池可考虑作为常备电池储存应用，这是极为成本导向的市场。

　　再生能源的输出，例如太阳能电池和风力发电等和气象变化有很大的关係。连接不稳定的电源供应至电网，会造成频率波动，使得电源的品质降级。如果所产生的电源可以储存在大容量锂离子充电电池中的话，就可以稍后稳定地供应至电网。

　　目前的硫化钠（sodiumsulfur,NAS）电池是这类大容量电力储存的唯一选择，但如果有大容量锂离子充电电池可用的话，发电站、建筑物和工厂等就可以有中等大小电源储存设施。

　　例如，日本的伊藤忠商社（ITOCHU）及其他公司将在2010年结合锂离子充电电池和太阳能电池推出一个大厦的系统。电池是美国EnerDel公司制造的汽车设计，容量有24kWh。目的是为了协助建筑物中公共区域的日间照明，进而减少住户的管理费。

韩国、中国和美国积极抢进

　　大量的制造商进入前景看好的大容量锂离子充电电池市场，很可能使竞争加剧。日本电子设备制造商夺回了他们之前由于投资竞争上的落后而输给韩国和其他厂商在DRAM和LCD面板等产品的市占率。

　　其中，韩国制造商尤其迫不及待。电池业多位人士皆同意Samsung SDI很可能在市占率上领先Sanyo Electric。日本在2000年时几乎拥有100％的锂离子充电电池市场的占有率，到2003年降到了约64％，并在2008年降到了一半以下。许多日本电池方面的材料制造商表示，在两三年内，出口的需求可能比日本国内使用的成长更多。

　　韩国不是唯一的对手，中国和美国及其他地区也都是强劲的竞争对手。尤其是中国，受到国内强劲的需求，似乎可能开发它自己的锂离子充电电池市场。那裡的汽车市场已成长至和美国相当，成为全球最大，一年销售1,200万台。如北京和上海等大城市的环境政策，为中国电池制造商带来了庞大的国内市场需求，例如2000万台的电动机车。

　　业界中已有一些人指出，中国出产的低价锂离子充电电池将席捲全球的市场。部分原因是许多中国电池制造商在量产时都使用了磷酸铁锂（lithiumironphosphate,LiFePO4）阳极的设计。锂离子电池中最贵的东西是阳极材料（图6）。日本和韩国等其他国家的制造商都转向了由钴、镍和锰所组成的3元素阳极，希望提高容量。中国制造商专注在价格，放弃目前的钴酸锂（LiCoO2）标准而采用LiFePO4，这成本只有大约1/10。
　　此外，锂离子充电电池领域的一位工程师补充道，“生产良率可能只有20至30％”。即便如此，中国制造商仍能创造利润。电池大厂BYD预期会迅速地提高产能，在2010年达到1000MWh，并在2012年达到4000MWh。电池业的一个消息来源透露：“他们正使用所有最新的、日本制造的生产设备。”如果良率提升，日本的制造商将面临严峻的竞争。

美国和中国有稳固的关係

　　然而，美国欧巴马政府颁布了一项政策，从材料到电池包装等所有东西必须都在美国生产。有趣的是，只要制造是在美国进行，即使国外的制造商也可申请补助。

　　已有像韩国乐金化学和法国的SaGroupeS.A.等公司透过他们美国子公司获得金援。日本公司包括户田工业（TodaKogyo）等，已接受金援，并开始阴极材料的量产，而日产汽车计划使用不同的美国联邦基金来建造一个锂离子充电电池厂。

　　日本的电池制造商似乎没有加入的计画，显然是由于拥有海外制造据点可能带来的风险。但是如果日产汽车扩大它的採购规模，并延续它当地採购的政策，那在美国的制造就几乎可以确定了。

　　然而美国政治的政策更往前迈进一步。在2009年11月，美国宣布和中国在能源方面有综合的合作同意书。已有合作计划在进行中以推广使用EV，导入再生能源。

　　在推广EV方面，具体的活动包括合作标准化和展示计画，在再生能源方面，两国计画针对下一代的电网，研发智慧型电网（SmartGrid）策略。

　　日本在能源领域没有非常有效的综合政策，且和其他国家几乎没有合作同意书。中国和美国之间的策略性合作关係使得日本制造商的空间更小了。

Part2 技术：第一步是提升容电量的新材料，目标是500Wh/kg
　　业者们正陆续推出针对电动车（EV）和其他应用大容电量锂离子充电电池的量产计画。产品性能仍待增强，发展可提供容电量与安全改进的新锂离子充电电池将意味着巨大的商机：开发下一代电池的全球性竞争正蓄势待发！

　　为了能够供应大容量锂离子充电电池的激增需求，世界各国业者们正忙着编列预算与实施大批量的生产计画。

　　许多电池制造商们已经对如阴极、阳极材料、隔离膜与电解质等关键零组件做出选择。在许多情况下，厂商们一向选择的材料是在手机用锂离子充电电池领先的日本厂商所开发的产品。

　　但这并对日本材料制造商的未来有什么保证。电动车（EV）用锂离子充电电池才刚刚踏入实际商业应用的境界，真正的技术开发竞争，才刚开始升温。

　　汽车业一位消息人士抱怨说，锂离子充电电池的性能仍然不够完善，不能做为长途驾驶电动车辆的能源供应。在包括能源密度、输出密度、成本与安全性等若干领域，都仍需要进一步地改善。

　　尤其是，对被汽车业视为削减二氧化碳排放量王牌的电动车及插入式混合动力电动车（PHEV）而言，现有锂离子充电电池佔用太多的空间与成本。如果现今锂离子充电电池所使用的是第一代材料，就必须发展能提供大约两倍能量密度（200～300Wh/kg）的第二代材料，并以2015年至2020年为实施目标　　包括固态电池、锂金属电池、锂硫电池或锂气电池等后锂离子充电电池的基础研究，也在世界各地积极地进行着，而且都计划以2030年前后开始商业推广。

　　锂离子充电电池是由阴极和阳极材料、电解液、隔离膜与其他组件组成的，它们的特性必须小心平衡才能做为电池使用。在许多情况下，只选用一个高性能阴极材料，将它与高性能阳极材料结合并不会产生一个高性能电池。例如，电极材料与电解液可能无法良好地相互运作。或者，也有可能只是难在为新材料建立起所需的量产技术。

　　事实上，对消费性电子产品用阴极和阳极材料与电解液等的商业性选择范围有限，这就是为什么一个新的、有前景的材料组合的开发意味着巨大的商业机会。