行动装置、电动车及储能设备 驱动电池产业发展引擎

  • DIGITIMES企划
锂电池在3C联网产品、电动车、储电系统扮演关键角色,图为钮扣型电池。wikipedia

随著新能源、物联网(IoT)、绿能交通领域的演进,从行动装置、机动设备乃至交通工具,对电池元件能量密度、电池续航力及管理技术的优化需求一再提升。观察目前全球科技产业发展趋势,电池新应用多围绕在IoT/Beacon可携式、移动式消费性穿戴装置产品、电动汽机车及新能源材料等领域。在新能源、绿能节碳成主流的时代,电池技术及安全的进化与劲化,将成为竞争市场胜出的重要关键。

综观电池领域,2016火热的议题不外乎围绕在韩国科技大厂手机自燃事件。尽管业者针对起火事件报告尚未正式出炉,但业界推测手机起火原因不只是单纯电池问题,除了过度扩充电池容量之外,也可能是电芯隔离膜设计不良、软件缺陷等因素交互作用导致意外频传。

综观目前全球电池的使用情况,锂电池占比最高,2015年全球锂电池产业出货量达82GWh,3C电池应用56%;动力电池应用44%。根据调研机构TrendForce旗下绿能事业处EnergyTrend 2016资料显示,目前全球锂电池产能前五大企业分别是依序为ATL(20%)、索尼(18%)、三星SDI(11%)、Lishan(11%)、乐金化学(10%)。

随著智能型手机对电池轻薄、能量密度提升、长时间使用等需求,目前手机锂电池能量密度普遍达到680Wh/kg。其中锂电池种类中的高分子电池更是异军突起,2011年全球智能型手机采用高分子电池占比仅约35%,到了2016年已成长到70%。

从20年前传统手机、笔记本问世,再到现今智能型手机、穿戴装置及各式联网科技产品,每一项皆离不开锂电池的使用。台湾要抢攻未来这一波物联网商机,除了半导体产业,另一个核心关键势必要掌握锂电池技术,作为基础产业发展动力。例如工研院研发的防爆高安全性锂电池材料「STOBA」,利用纳米涂料包覆电池的技术,技术方案移转给乔信电子后,日前已成功开发组装成电池模块,并在2016年顺势打入夏普机器人锂电池供应链,即是台湾产研合作的代表案例。

锂电池的运用除了在行动装置、消费性电子商品外,在电动车领域的电池储电技术优化,更是带动全球电动车销售数字再创新高。先前OECD及国际能源总署(IEA)发布的「国际电动汽车展望2016」报告,2015年全球电动汽车销售数达55万辆(纯电动车32.8万辆、插电式混合电动车22.2万辆),相较2014年(32.4万辆)成长70%。其中特斯拉(Tesla)Model S 2015年售出51,390台,成为年度电动车销量冠军,特斯拉在电动车电池生产的投资更是动作频频。

2017年初Tesla与Panasonic合作的车用电池工厂Gigafactory历经3年建设,终于正式启用。Gigafactory目标2018年产能达全球锂电池总产能的50%约35GWh,初期主要生产家用锂电池储能系统Powerwall 2、企业用Powerpack 2,2017年第2季后开始量产Model 3电池。Gigafactory的运行期望电池取得成本再降低30%,促使电动车价格亲民化更有利市场普及。

除了Tesla的布局,日本、韩国也非常积极投入电动车电池技术研发。韩国乐金化学(LG Chem)自2015年打入特斯拉电池供应链,2016年更对外宣称2020年电动车电池营收目标63亿美元,挑战全球电动车电池市场龙头宝座。

至于三星SDI (Samsung SDI) 则在今年初公开「高能量密度电池芯」产品,该款电池芯可让电动车行驶距离达600公里,支持急速充电技术,仅需充电20分钟确保相当于行驶500公里距离的80%电力。

日本企业方面也不遑多让,Panasonic计画在2022年于欧洲兴建车用锂电池新工厂,预估投资额达数百亿日圆与韩厂对抗。日立制作所则推出新一代电池材料方案,正极表面包覆氧化物、负极则在电解液添加氟系添加物。这个方案让电容提升两倍(约320Wh/kg),且改良后的锂电池反复充放电100次,仍可维持90%以上电容量,预期续航力达400公里。

全球绿色能源市场调查企业Navigant Research预测,全球车用锂离子电池市场规模,2013年为32亿美元,到了2023年将成长到241亿美元。视角拉回到台湾电池产业现况,根据台湾电持协会统计,目前台湾电池产业多达85多家业者,产业链从上游正负极材料、电解液、隔离膜等;中游电池芯及电池模块;下游厂商则多生产电源系统、储能系统/充电站、验证工具等皆有代表性厂家。

至于如何搭上未来电动车市场热潮衍生的锂离子电池商机,则是台湾电池业者关注焦点。2014年台湾锂电池产值达新台币1,115亿元,目前以3C电池及轻型电动车辆电池芯模块为主,不过随电动车及储能系统的需求增加,未来动力电池模块需产量将大幅成长,也将带动电池芯产值从2014年的新台币35亿元,成长至2020年的新台币100亿元。

除了消费性电子产品及电动车,锂电池在再生能源的储能系统应用需求,呈现稳定成长走势,锂离子电池目前仍是主流技术,液流电池及钠硫电池处于示范阶段。2010年美国ARRA投入3亿美元于储能示范计画,日本、德国近几年则积极采用政策扶持储能设备进入市场。2020年全球定置型储能系统产值,将达350亿美元,HIS Market则预估2025年全球电池储能装置,锂电池所占比将超过80%。

至于台湾方面,政府预计2025年迈向非核家园,绿能发电比例提升至20%,同时碳排放能回到2000年的数值,因此在绿能科技产业的推动上必须急起直追。目前全球储能系统主要是锂电池、钠硫电池为主,电池在储能系统中扮演多项角色,包含作为负载平准、降低尖峰供电成本、有效备载容量及电力质量、多种额定功率大小设定以因应不同时间、规模、负载转移等存放功能。

锂电池作为各国再生能源等应用储能技术之一,欧美中等国目前采取示范运行、试点计画,而像日本、德国更有家用型/中小企业应用的储能系统,开始在市场提供相关解决方案。台湾在2015年备用容量率约10.4%,虽有新建发电容量(GW)却赶不上机组推修容量(10GW)及产业用电成长。因此在电池储能内需市场方面,台湾业者寄望储能市场的崛起,可望突破台湾电池产业无内需市场支撑的困境。

为了回应产业需求及提供产业政策方向,台湾电池协会(TBA)于2016提出具体白皮书报告,锁定四大诉求:1. 建立内需市场实绩,扩大产业出海口;2. 提升动力电池验证标准及促进电动载具车电分离营运;3. 持续投入前瞻技术研发;4. 储能系统之示范运行。电池协会搭桥产官积极集成打造电池产业国家队,推动电池上中下游资源联手策略,并建立两岸电池标准,为台湾电池产业寻找内外市场新契机。