更新時間:2023年01月31日 註:數字代表公司家數

概況

2019年諾貝爾化學獎得主為鋰電池發明者之一的John Goodenough,其在獲獎致詞上表示:「鋰電池已徹底改變了我們的生活,從手機到筆電和電動車,鋰電池無處不在。」由於鋰電池具備能量密度高、循環壽命長、無記憶效應等優點,故已廣泛應用在手機、筆電、平板等消費性電子產品。「得電池者得天下」更是成為電動車產業界之共識,由於電池是驅動電動車動力來源之關鍵要素且佔成本比重最高(約占4成)。

正極材料牽動電池效能

正極材料、隔離膜、負極材料與電解液為鋰電池四大關鍵材料;其中,正極材料為主要材料,占了電池成本50%以上。正極材料不僅作為電極材料參與電池中的電化學反應,並且是電池中鋰離子的主要來源,其活性與鋰離子分布等指標是影響鋰電池性能表現的最大關鍵。因此,在正極材料的選用必須考量能量密度、功率密度、適用電壓、與電解液之間的安定性、可逆的電化學反應等條件。

目前生產三元電池正極材料的廠商,日本主要是日亞化、日本電工、住友金屬礦山、戶田工業等,其中,日亞化與住友金屬礦山主要客戶即是Tesla電池供應商Panasonic。台灣則是有康普、美琪瑪、立凱-KY、長園科、台塑鋰鐵材料科技、中橡轉投資能元科技等。中國廠商則因享有地利之便,也有不少業者投入生產正極材料,像是寧波杉杉股份、當升科技、廈門鎢業、天津巴莫、湖南瑞翔、寧波金和、湖南升華、湖南長遠鋰科、貴州安達等;最具代表性的廠商就是杉杉股份旗下的湖南杉杉能源公司,目前杉杉股份主要客戶為寧德時代新能源科技(CATL)、比亞迪、力神、LG等中國與韓國一線電池大廠。

電池第二大關鍵材料就是隔離膜,占電池成本比重僅次於正極材料。隔離膜位於鋰離子電池的正、負極之間,主要在於防止正負極接觸造成電流短路,確保鋰電池的性能及安全性。在全球隔離膜市場,日本廠商占主導地位,其中,旭化成為龍頭、東麗株式會社緊追在後,其他還包括宇部興產與住友化學。

電解液則是作為帶動鋰離子流動的載體,對電池的容量、工作溫度範圍、循環效率和安全性能等至關重要,目前六氟磷酸鋰以其獨特的性能優勢成為當前最廣泛的電解質。生產電解液的廠商主要包括日本的三菱化學、三井化學和宇部興產;韓國的LG化學和旭成化學;中國廠商則有天賜材料、新宙邦、國泰華榮、天津金牛、東莞杉杉等。

中、韓瓜分全球電池市占率

根據研調機構SNE Research公布2021年全球電動車動力電池裝機量,中國電池製造龍頭寧德時代市占率32.6%,連續五年穩居全球第一,其次是南韓LG能源方案(LG Energy Solution)和日本Panasonic(松下)。目前鋰電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等,各國家與各個廠商對正極材料的選擇不盡相同,日本和韓國主要開發錳酸鋰(LMO)和鎳鈷錳酸鋰三元材料(NCM),中國則偏向磷酸鐵鋰(LFP)發展。相較於磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池,三元電池的容量高、壽命長、電瓶重量輕;在容量與安全性方面比較均衡,因此,近來逐步獲得電動車廠商採用,如美國電動車大廠Tesla即是使用Panasonic所提供的鎳鈷鋁(NCA)三元材料,未來將朝向高鎳低鈷的趨勢發展。

鋰電池產業鏈

項目 項目 / 功能說明
三元電池正極材料

三元電池正極材料

三元指的是包含鎳、鈷及錳(或鋁)3種金屬元素的聚合物,正極材料中鎳、鈷、錳(或鎳、鈷、鋁)3種元素的混合比例之不同,藉此調整電池成本與所需求的電化學性質等特性。三元材料具有優異的高比容量、高標準電壓、高壓實密度以及低溫性能,成為近年來電動車電池正極材料主流之一。

磷酸鋰鐵電池正極材料

磷酸鋰鐵電池正極材料

為磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池

負極材料

負極材料

主要以碳材料為主,又分為石墨系與焦碳系,石墨系的重量能量密度高且材料本身的結構具有規則性,對電子產品的使用和充電器的設計較具優勢,焦碳系的負極材料在第一次充放電反應的不可逆電容量很高。

電解液

電解液

作為鋰離子在正負極之間順利傳遞的介質,鋰離子電池電解液的常見主成分有EC/DMC/PC等,在鋰離子電池的性能表現上扮演極重要的角色。若欲提升電池循環壽命、安全性以及鋰離子的傳輸特性等效能,可從電解液配方與電解液添加劑著手改善。

隔離膜

隔離膜

以聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)等塑料所製成的微孔隙薄膜,置於正負極板之間,用以阻絕正負極以避免電池自我放電及兩極短路等問題。隔離膜上布滿大量可使鋰離子通過的緻密微孔,讓電池得以形成完整的充放電迴路。

電池芯

電池芯

由正、負極材料、隔膜、電解液、導電劑、粘結劑、極耳、鋁塑複合膜等所構成。

電池模組

電池模組

由多個互相連接的電池組成,在模組外殼中形成一個動力單元。