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行動裝置、電動車及儲能設備 驅動電池產業發展引擎

  • DIGITIMES企劃
鋰電池在3C聯網產品、電動車、儲電系統扮演關鍵角色,圖為鈕扣型電池。wikipedia

隨著新能源、物聯網(IoT)、綠能交通領域的演進,從行動裝置、機動設備乃至交通工具,對電池元件能量密度、電池續航力及管理技術的優化需求一再提升。觀察目前全球科技產業發展趨勢,電池新應用多圍繞在IoT/Beacon可攜式、移動式消費性穿戴裝置產品、電動汽機車及新能源材料等領域。在新能源、綠能節碳成主流的時代,電池技術及安全的進化與勁化,將成為競爭市場勝出的重要關鍵。

綜觀電池領域,2016火熱的議題不外乎圍繞在南韓科技大廠手機自燃事件。儘管業者針對起火事件報告尚未正式出爐,但業界推測手機起火原因不只是單純電池問題,除了過度擴充電池容量之外,也可能是電芯隔離膜設計不良、軟體缺陷等因素交互作用導致意外頻傳。

綜觀目前全球電池的使用情況,鋰電池佔比最高,2015年全球鋰電池產業出貨量達82GWh,3C電池應用56%;動力電池應用44%。根據調研機構TrendForce旗下綠能事業處EnergyTrend 2016資料顯示,目前全球鋰電池產能前五大企業分別是依序為ATL(20%)、索尼(18%)、三星SDI(11%)、Lishan(11%)、樂金化學(10%)。

隨著智慧型手機對電池輕薄、能量密度提升、長時間使用等需求,目前手機鋰電池能量密度普遍達到680Wh/kg。其中鋰電池種類中的高分子電池更是異軍突起,2011年全球智慧型手機採用高分子電池佔比僅約35%,到了2016年已成長到70%。

從20年前傳統手機、筆電問世,再到現今智慧型手機、穿戴裝置及各式聯網科技產品,每一項皆離不開鋰電池的使用。台灣要搶攻未來這一波物聯網商機,除了半導體產業,另一個核心關鍵勢必要掌握鋰電池技術,作為基礎產業發展動力。例如工研院研發的防爆高安全性鋰電池材料「STOBA」,利用奈米塗料包覆電池的技術,技術方案移轉給喬信電子後,日前已成功開發組裝成電池模組,並在2016年順勢打入夏普機器人鋰電池供應鏈,即是台灣產研合作的代表案例。

鋰電池的運用除了在行動裝置、消費性電子商品外,在電動車領域的電池儲電技術優化,更是帶動全球電動車銷售數字再創新高。先前OECD及國際能源總署(IEA)發布的「國際電動汽車展望2016」報告,2015年全球電動汽車銷售數達55萬輛(純電動車32.8萬輛、插電式混合電動車22.2萬輛),相較2014年(32.4萬輛)成長70%。其中特斯拉(Tesla)Model S 2015年售出51,390台,成為年度電動車銷量冠軍,特斯拉在電動車電池生產的投資更是動作頻頻。

2017年初Tesla與Panasonic合作的車用電池工廠Gigafactory歷經3年建設,終於正式啟用。Gigafactory目標2018年產能達全球鋰電池總產能的50%約35GWh,初期主要生產家用鋰電池儲能系統Powerwall 2、企業用Powerpack 2,2017年第2季後開始量產Model 3電池。Gigafactory的運作期望電池取得成本再降低30%,促使電動車價格親民化更有利市場普及。

除了Tesla的布局,日本、南韓也非常積極投入電動車電池技術研發。南韓樂金化學(LG Chem)自2015年打入特斯拉電池供應鏈,2016年更對外宣稱2020年電動車電池營收目標63億美元,挑戰全球電動車電池市場龍頭寶座。

至於三星SDI (Samsung SDI) 則在今年初公開「高能量密度電池芯」產品,該款電池芯可讓電動車行駛距離達600公里,支援急速充電技術,僅需充電20分鐘確保相當於行駛500公里距離的80%電力。

日本企業方面也不遑多讓,Panasonic計畫在2022年於歐洲興建車用鋰電池新工廠,預估投資額達數百億日圓與韓廠對抗。日立製作所則推出新一代電池材料方案,正極表面包覆氧化物、負極則在電解液添加氟系添加物。這個方案讓電容提升兩倍(約320Wh/kg),且改良後的鋰電池反覆充放電100次,仍可維持90%以上電容量,預期續航力達400公里。

全球綠色能源市場調查企業Navigant Research預測,全球車用鋰離子電池市場規模,2013年為32億美元,到了2023年將成長到241億美元。視角拉回到台灣電池產業現況,根據台灣電持協會統計,目前台灣電池產業多達85多家業者,產業鏈從上游正負極材料、電解液、隔離膜等;中游電池芯及電池模組;下游廠商則多生產電源系統、儲能系統/充電站、驗證工具等皆有代表性廠家。

至於如何搭上未來電動車市場熱潮衍生的鋰離子電池商機,則是台灣電池業者關注焦點。2014年台灣鋰電池產值達新台幣1,115億元,目前以3C電池及輕型電動車輛電池芯模組為主,不過隨電動車及儲能系統的需求增加,未來動力電池模組需產量將大幅成長,也將帶動電池芯產值從2014年的新台幣35億元,成長至2020年的新台幣100億元。

除了消費性電子產品及電動車,鋰電池在再生能源的儲能系統應用需求,呈現穩定成長走勢,鋰離子電池目前仍是主流技術,液流電池及鈉硫電池處於示範階段。2010年美國ARRA投入3億美元於儲能示範計畫,日本、德國近幾年則積極採用政策扶持儲能設備進入市場。2020年全球定置型儲能系統產值,將達350億美元,HIS Market則預估2025年全球電池儲能裝置,鋰電池所佔比將超過80%。

至於台灣方面,政府預計2025年邁向非核家園,綠能發電比例提升至20%,同時碳排放能回到2000年的數值,因此在綠能科技產業的推動上必須急起直追。目前全球儲能系統主要是鋰電池、鈉硫電池為主,電池在儲能系統中扮演多項角色,包含作為負載平準、降低尖峰供電成本、有效備載容量及電力品質、多種額定功率大小設定以因應不同時間、規模、負載轉移等存放功能。

鋰電池作為各國再生能源等應用儲能技術之一,歐美中等國目前採取示範運行、試點計畫,而像日本、德國更有家用型/中小企業應用的儲能系統,開始在市場提供相關解決方案。台灣在2015年備用容量率約10.4%,雖有新建發電容量(GW)卻趕不上機組推修容量(10GW)及產業用電成長。因此在電池儲能內需市場方面,台灣業者寄望儲能市場的崛起,可望突破台灣電池產業無內需市場支撐的困境。

為了回應產業需求及提供產業政策方向,台灣電池協會(TBA)於2016提出具體白皮書報告,鎖定四大訴求:1. 建立內需市場實績,擴大產業出海口;2. 提升動力電池驗證標準及促進電動載具車電分離營運;3. 持續投入前瞻技術研發;4. 儲能系統之示範運行。電池協會搭橋產官積極整合打造電池產業國家隊,推動電池上中下游資源聯手策略,並建立兩岸電池標準,為台灣電池產業尋找內外市場新契機。