「得固態電池者得天下」! 豐田、鴻海拚研發,揭電動車未來10年最重點戰場
「得固態電池者得天下」! 豐田、鴻海拚研發,揭電動車未來10年最重點戰場

回顧2020全年,特斯拉(Tesla)交付市場近50萬輛電動車。日前,執行長馬斯克(Elon Musk)在語音社群平台Clubhouse上談到,特斯拉目標是2030年以前,將年生產量提升至2,000萬輛電動車,然而前方最大的障礙,就是電池技術。

說白了就是電池太貴了。 鴻海產品長蕭才祐分析,以電動車的建造成本來看,電池就占了30~35%,其次是驅動系統20~25%,也就是說超過三分之一的成本來自動力電池,這也致使電動車價格居高不下。

除了電池成本占比偏高之外,鴻華先進副總經理陳正夫補充,電動車有一半重量來自電池,造成車身比燃油車還重,「電池重量如果減少一半,車子續航力可以增加25%。」

可以說,電池技術將是未來10年,所有業者較勁的重點戰場。截至目前,全球電動車電池技術,主要由幾間大廠商掌握。

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電動車之所以昂貴,是因為超過三分之一的成本來自電池,若能壓低製造成本並提升效能,將是車廠決勝關鍵。
圖/ 奧迪

10年前看準市場需求,寧德時代穩坐電池之王

根據市場分析公司SNE Research的數據,2020年電動車電池市占率前三大,依序是中國電池製造商寧德時代(CATL),市占達24%;南韓LG能源方案(LG Energy Solution)和日本Panasonic(松下)分別為23.5%和18.5%。這3家業者也都是電動車龍頭特斯拉的電池供應商。

從2017年起,寧德時代連續3年拿下全球電動車電池供應量第一,客戶幾乎涵蓋全球各大車廠:豐田(Toyota)、本田(Honda)、BMW、現代(Hyundai)、戴姆勒(Daimler)等。

寧德創辦人曾毓群,先前是新能源科技(ATL;主要生產手機電池)共同創辦人,在2011年看準電動車產業的趨勢後,回到家鄉福建寧德,成立寧德時代。曾毓群預言,2030年前電動車將比油車便宜,汽車更將在2040年實現全面電動化。

寧德時代之所以穩坐市占第一,要從電池原料路線之爭說起。鋰電池可以分為「鎳鈷錳(NCM)」、「鎳鈷鋁(NCA)」,以及「磷酸鋰鐵(LFP)」兩派組合,不過前兩者的缺點是碰撞後容易起火爆炸。寧德時代主力生產磷酸鋰鐵組合的電池,優點是價格便宜、安全性高,因此獲得特斯拉等車廠大量採用,寧德時代才得以稱王。

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圖/ 奧迪

延伸閱讀:特斯拉打下中國市場的幕後功臣,寧德時代怎麼十年內坐上世界第一電池供應商?

Model 3變便宜的幕後推手

研究機構Bernstein Research指出,中國製Model 3使用更輕巧、便宜的磷酸鐵鋰電池,使得每輛車的製造成本下降約600~1,200美元。

不過在特斯拉全車系中,主要電池供應商是Panasonic。自從2008年收購三洋電機,取得手機鋰電池、太陽能電池的關鍵技術後,Panasonic躍升為全球電池技術領頭羊。

在車用電池的核心產品上,Panasonic採用的是鎳鈷鋁系統。這項技術在平板電腦、智慧型手機等3C產品上很常見,應用於電動車上卻難度倍增,因為鎳鈷鋁鋰電池的能量密度是主流車用電池「磷酸鐵鋰電池」的好幾倍,需要很高的合成技術才能量產。

在2020年「電池日」(Battery Day)上,特斯拉公布新款「Tabless 4680電池」,也是跟Panasonic合作生產。Tabless 4680採螺旋式包裝,在相同的電池容量下,空間可擴大30%,讓電池能量密度提升5倍、續航力增加16%、製造成本降低76%,可望使得特斯拉「每千瓦/時」(kWh)價格減半,進而帶動售價接近一般燃油車。

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Tabless 4680採螺旋式包裝,在相同的電池容量下,空間可擴大30%,讓電池能量密度提升5倍、續航力增加16%、製造成本降低76%。
圖/ Tabless

未來電池:不用鈷、固態取代液態

要降低電動車的成本,並提高續航力與效能,電池的技術必須有所突破。

原料,是第一個需要突破的關鍵。 目前主流的鎳鈷鎂、鎳鈷鋁、鎳鈷錳等鋰電池組成形式,皆有「鈷(cobalt)」這項關鍵原料,可說是「現代石油」。由於鈷具有穩定物質、增加能量密度的特性,能確保電池壽命及充電速度,因此短期內電池產業都無法棄鈷而不用。

然而,長期來看,科技界希望能做出不使用鈷的電池。首先,鈷屬於稀有金屬,價格比鎳高出1倍以上,成為電池價格降不下來的主要障礙。其次,開採鈷的過程中會造成嚴重污染,甚至牽扯到剝削非洲童工的問題。

在2021年消費電子展(CES)上,Panasonic(松下)已表示將投入開發不使用鈷的電池;IBM Research電池實驗室也致力研發不需要金屬原料的電池技術,只要5分鐘就能充飽80%電力,並將與戴姆勒投入實際測試;通用汽車(GM)也宣布,其新電池將減少70%的鈷用量。

延伸閱讀:市值狠甩全球車企! 突破電池、自駕技術的特斯拉,能靠訂閱制再創高峰嗎?

鈷
鈷屬於稀有金屬,價格比鎳高出1倍以上,且開採的過程中會造成嚴重污染,甚至牽扯到剝削非洲童工的問題。
圖/ shutterstock

安全性與效能,則是第二大關鍵。 電動車常見的乾電池或鋰電池,都是「液態電池」,要放入膠狀電解質,才能發揮電池性能。

液態電池的缺點是溫度過高或過低,都容易影響電池效能;即使使用快充,最快也要20~30分鐘才能充飽電,續航力多落在300~400公里;此外,液態電解液有外漏的危險,容易引發意外。

為此,科學家提出「固態電池」的構想,將電解液移除,改以全固態方式堆疊,不會因隔離層破損就導致正負極接觸短路爆炸,能量密度也提高,在負25℃~60℃的溫度範圍都能正常運作。

目前燃油車加滿油,續航力約為500公里,為解決里程焦慮,蔚來汽車喊出要研發採用固態電池、續航力達1,000公里的電動車,電池技術若能突破,將成為電動車普及一大推力。

目前之所以市面上還看不到固態電池,主要是有許多技術問題待突破,像是固態電解質導電度不如液態電解質等,除了技術不成熟外,製造成本仍高,不利於大規模製造普及。不過研究機構彭博能源財經(BloombergNEF)預估,固態電池若能大規模的生產,成本將只有鋰電池的40%,有機會成為電動車電池的主流。

表065
圖/ 數位時代

鴻海喊話:2024推商業化固態電池

向來以油電混合車技術稱霸的豐田汽車,已宣布投入固態電池研發,宣稱配有固態電池的電動車,續航里程超過500公里,使用快充最快10分鐘就能充飽電。日本專家預測,配有全新固態電池的次世代豐田Prius車款,最快可能在2022年上市。

近來積極進攻電動車市場的鴻海,也在2020年10月16日首度舉辦的「鴻海科技日」中宣布,將投入固態電池技術以及「電池快充與低溫優化」、「低鼓脹軟包技術」、「高能量密度電池」、「無貴金屬全新製程」等技術研發,目標在將電池重量減半、體積減少為六分之一,電池循環壽命提高10%以上。鴻海產品長蕭才祐透露,預計在2024年,鴻海就會推出首款商業化的固態電池。

同樣致力研發固態電池的新創QuantumScape,也受到不少關注,已經從比爾蓋茲、福斯汽車(Volkswagen)等投資者手中獲得超過5億美元融資。其中福斯汽車是最大金主,從2012年合作迄今,挹注至少3億美元。

2020年12月,QuantumScape透過線上活動披露一款全新電池,可在15分鐘充飽80%電力,讓電動車續航力提升90%,同時降低製造成本,預計在2025年推出配有這款電池的電動車。不過,QuantumScape目前仍未向外界展示過實際產品。

 一旦克服電池技術的障礙,相信離電動車普及的那天,也就不遠了。

責任編輯:郭昱彣、張庭銉

關鍵字: #電動車
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【AI時代的成熟決策學】當技術更新越來越快,為何科技領袖反而轉向推崇「基礎系統」的極致穩定與進化?
【AI時代的成熟決策學】當技術更新越來越快,為何科技領袖反而轉向推崇「基礎系統」的極致穩定與進化?

在生成式AI與軟體定義一切的科技浪潮下,「快速更新」成為企業顯學,卻也帶來前所未有的焦慮。當技術以「月」、甚至是「天」為單位被淘汰時,頂尖科技決策者的思維也同步更新。真正決定企業深度與產品生命週期的,並非花俏的表面功能,而是歷經時間考驗、具備彈性與擴充度的「基礎架構」。這種對成熟基礎的信仰,也完美延伸至他們的移動選擇上。

大技術時代的焦慮與解藥!科技決策者如何定義「永續演進的核心架構」?

走進科技園區的玻璃帷幕大樓,或是金融總部的會議室中,科技業高階主管或創業家們正討論著大型語言模型的部署、邊緣運算演算法的優化,以及下一代商業模式的翻轉。在此「軟體定義世界」的時代,企業面臨著極度快速的科技新陳代謝。新技術看似絢麗,但若缺乏強大的系統基礎支援,往往隨時面臨被市場淘汰的風險。

國際知名諮詢機構 McKinsey在最新的全球人工智慧調查中指出:超過72%的全球企業已在至少一個業務功能中部署了生成式AI或軟體自動化。然而,Gartner的科技趨勢報告亦警告:高達85%的企業數位轉型或新技術導入未能達到預期成效,雖然背後有著諸多因素值得探討,但其中不可忽視「過度追逐單一噱頭,忽視基礎架構的穩定性與擴充彈性」此原因。

新技術與演算法看似絢麗,但若缺乏強大的系統基礎支援,往往隨時面臨「過時與崩潰」的風險。

觀察當代頂尖科技領袖與高階決策者的思維演變,會發現他們正在展現一種「成熟的理性」:比起無休止地追逐未經驗證的短期趨勢,他們更看重基礎架構是否具備極高的擴充性、穩定度與縱向深度。因為真正的技術典範,通常不是頻繁更新的應用層面,而是歷經時間考驗、可持續無縫升級的基礎平台。

這種「以成熟基礎應對快速變化」的系統思維,同樣完美體現在當前頂級座駕的選擇面向。

Porsche Cayenne並非橫空出世的新車型,而是保時捷歷經數世代進化與升級後,將造車工藝與數位系統完美融合的成熟結晶。對科技企業家而言,選擇Cayenne絕非隨波逐流,而是對「歷經市場與時間驗證」的技術信仰與價值投射。當外在環境變化越快,聰明的決策者越懂得付出對「經過驗證的基礎技術」的高度信賴。

Porsche Cayenne
Porsche Cayenne 是當代頂尖決策者的終極選擇,以歷經世代淬鍊的極致平台與完美工藝,完美詮釋了「唯有強大且經過時間驗證的成熟基礎,方能輕鬆駕馭快速變化的未來」。
圖/ 數位時代

從科技園區到海岸 解構科技領袖的「多工相容性」

當代科技領袖與創業家的人生,就像是一台高負載運作的高效伺服器。晨間穿梭於內湖科技園區,處於高節奏的商業決策與跨國連線會議;週末則需要迅速切換狀態,帶著家人遠離城市喧囂,前往北海岸享受海景與戶外生活。

Porsche Cayenne
從高負載的商業決策,到週末北海岸的家庭時光,當代科技領袖跨越場景的無縫切換,Porsche Cayenne展現了兼具極致效能與高度彈性的「多工相容性」。
圖/ 數位時代

對應這樣快速的角色切換,他們需要的不僅是一輛功能單一載具,而是一款具備極高「多工相容性」的旗艦移動平台:

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Porsche Cayenne
Porsche Cayenne 以極致奢華靜謐與瞬時釋放的強悍性能,成為科技領袖無縫切換商務沉澱與駕馭樂趣的旗艦移動平台。
圖/ 數位時代

技術與設計分析 Cayenne GTS Coupé如何以「軟硬體深度整合」詮釋現代工藝?

對於當代科技人而言,絕對最為了解「軟硬體協同」的難度與迷人之處。要讓一台擁有極佳空間的五人座SUV同時兼具跑車的動態極限,背後靠的是極其精密的調校能力。Porsche Cayenne GTS Coupé正是軟硬體深度結合的典範:

動力與動態控制演算法: 搭載500 PS V8雙渦輪增壓引擎,配合PASM主動式懸載調整系統與降低10公釐的主動氣壓懸吊,以毫秒級的微處理速度即時修正阻尼軟硬與動態反應,展現物理極限與演算法調校的完美結合。

Porsche Cayenne
圖/ 數位時代

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Porsche Cayenne
圖/ 數位時代

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Porsche Cayenne
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圖/ 數位時代

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