电动车电池（二）：研发竞争与地缘政治

美国能源部公布自2008年至2022年以来，电动车电池的价格下降89%。降价的2个主要原因是因为量产以及电池技术的进步。

量产的驱动力来自于电动汽车量的增加，而规模经济的效果自不待言。

技术的进步值得一提，其中研究主轴自然是材料，但范围包含广泛的电化学、电极材料、电解液、催化剂、机构、监控等。在这统计的14年中，不仅纳米科技一日千里，容许工程人员对微小物质的操控，而且这段时间也是材料科学成长出新的研发臂膀期间，理论的新手段如第一原理计算（first principles calculation）、机器学习乃至量子运算等，纷纷被应用到电池材料的研发。

这些手段在进入实验之前，可先预测目标材料种类及特徵参数，实验结果往往也与预测相近，这些开发手段的改变大幅缩短开发时程、降低开发的经费。

掌握这些新研发方法，乃电池研发竞争的主轴之一。

车用电池发展与注重企业ESG的年代也重叠，因此企业经营必须将整个生态环境计入经营考量，企业再无外部成本可言。锂离子电池中使用较多的锂、镍、钴等金属，如果按照目前的使用效率及市场成长估算，目前已知的矿藏量可能在10年后告罄，所以分级使用以及资源回收势在必行。譬如电动车电池在充电率降至90%之后，经厂商修整再移至再生能源当储能设备使用，最终进入资源回收的循环。

电动车电池一直存在着地缘政治的议题，主要原因是电池是电动汽车的核心，而国内掌握全世界60%电池组制造，高度集中的比例在今日地缘政治的环境下，令人担忧电动车电池也会被用来做为战略杠杆工具。

笔者有几个理由，认为这是过虑了。

第一个原因是原材料。世界的锂矿藏大部份在南美洲三国：玻利维亚、阿根廷、以及智利，其次是澳大利亚。

国内有70%的原材料依赖进口，但是国内对于矿藏本身可能拥有部分所有权。如果锂离子电池一旦升级为战略物资，各国普遍有政府可以徵用的法令，启动杠杆战略的可能，国内自己先反受其害。

第二个理由是国内虽然电池组产量占全世界60%，但是电动车产量亦占50%以上，而且上升势头甚猛，譬如2022的出口辆数就较2021的多1倍。

在自己使用供需略近平衡的状况下—而且电池成本目前占电动车成本近40%，本身价值不菲—将电动车电池当成战略杠杆武器使用是不切实际的。一旦供应链重组，国内自己受伤害的机率很大。

第三是新电池的发展仍然在持续发展之中，锂离子电池未来是否仍然是主流产品仍在未定之天，这也是各界关注电池产业发展的焦点。

近期趋势是重回钠离子电池。虽然钠离子电池因为钠的原子序较大，其比能量目前处于100~150 Wh/kg，仍然略逊于锂离子电池的120~180 Wh/kg，但是其原材料价格便宜甚多：碳酸钠（sodium carbonate）每吨就300美元上下，而碳酸锂（lithium carbonate）2月价格略低于50万美元。二者价格有上百倍的差距。

钠离子电池还有其它的功能性优点：可以在较低的温度工作，也没有过放电（overdischarge）的问题（锂电池电力完全用完时负极可能受损）；钠离子电池的导电率也较高，所以比功率、充电速度也较高。另外，钠离子电池在短路时升温较锂离子电池慢，相对较安全。

锂离子电池的负极（anode）通常是石墨（graphite），正极（cathode）常用钴酸锂（lithium cobalt oxide）；钠离子电池要复杂得多。负极因钠离子较大，没办法嵌入石墨中，必须用硬碳（hard carbon），而硬碳价格很高，一吨在十数万美金之谱，这降低了钠原材料的成本优势；而正极材料亦较钴酸锂要复杂得多。

即便有这些工程的挑战，预计今年（2023年）钠离子电池会进入量产，而锂离子电池下半年可能会产能过剩。电动车产业从锂离子电池迈向钠／锂离子混合电池的过程正在发生之中。

在更长远的未来，氢燃料电池（hydrogen fuel battery）—如果可以解决工程问题的话—是更理想的电池产品：原料氢和氧都没有储藏量的问题，而使用后的产物是水，也无环境污染和回收的问题。

因为有这些可能的技术急转弯的新产品，以锂离子电池当成战略杠杆物资的机率并不高。毋怪乎有些大的传统汽车厂能气定神间的在一旁静观，没有加入锂离子电池的竞争。目前只是初发韧期，所以电动车电池目前还没有统一规格，一切有待观察。

延伸报导电动车电池（一）：材料演变与应用型态

 

2008~2022年电动车锂离子电池组成本价格变化