上接鋰電池的新紀(jì)元(一)
使用在EV的鋰離子充電電池比起使用在手機(jī)中的大多了。手機(jī)中的電池容量只有重覆使用2至3Wh，而單一混合動(dòng)力車的電池組大約是1kWh，大約是500倍。電動(dòng)車為20kWh，代表至少多了1萬(wàn)倍。
手機(jī)在2009年全球的出貨量達(dá)到了約11億支，使得手機(jī)鋰離子充電電池的市場(chǎng)規(guī)模一年有約3000MWh。當(dāng)加入筆記型電腦和其他設(shè)備時(shí)，可攜式裝置市場(chǎng)的整體規(guī)模大約介于10,000至15,000MWh。15萬(wàn)臺(tái)的EV大約等同于手機(jī)的市場(chǎng)，或是50萬(wàn)至75萬(wàn)臺(tái)之間就等于整個(gè)攜帶設(shè)備市場(chǎng)。全球整體新車銷售大約是7000萬(wàn)臺(tái)，即使其中只有1％是EV，20％是混合動(dòng)力車，市場(chǎng)規(guī)模也明顯比整個(gè)可攜式設(shè)備市場(chǎng)大！
如果真的發(fā)生時(shí)，可能意味了大容量鋰離子充電電池將擴(kuò)大應(yīng)用在鐵路運(yùn)輸和工業(yè)設(shè)備等。
擴(kuò)大到鐵路和工業(yè)設(shè)備
如果用在EV的大容量鋰離子充電電池真的起飛，價(jià)格很可能就會(huì)大幅下降（圖4）。如果建立新的全自動(dòng)生產(chǎn)線就可以削減人事費(fèi)用，一電池制造商表示：“目前每kWh的20萬(wàn)日元成本就可以減半。”業(yè)界中有不少人都表示如果開始量產(chǎn)EV電池的話，價(jià)格將在2015年降至每kWh約5萬(wàn)日元。
例如日立公司（Hitachi）預(yù)訂了價(jià)值１萬(wàn)億日元配有鋰離子充電電池的柴油混合鐵路車廂要運(yùn)往英國(guó)。例如下一代的輕軌運(yùn)輸（light-railtransit,LRT）可以減少一些或全部的航空線，以減少航空線的建構(gòu)成本，并確保電力中斷時(shí)也可以作業(yè).這代表了車載大容量鋰離子充電電池有了新需求。
在工業(yè)設(shè)備中，鋰離子充電電池已安裝在鏟車、無(wú)人架駛自動(dòng)車、碼頭起重機(jī)以及建筑機(jī)械等。三菱重工在2009年10月推出了一混合型鏟車重機(jī)配上該公司自己的鋰離子充電電池。日本住友重機(jī)械工業(yè)公司在2008年7月開始銷售配有鋰離子充電電池的混合型起重機(jī)，應(yīng)用在碼頭貨物處理上，并已有來自香港客戶的訂單。
一家重機(jī)械制造商的消息透露：“他們尚未推出鋰離子充電電池，但已在中國(guó)販?zhǔn)叟溆袃?nèi)建電容器的混合型鏟土機(jī)。”混合型鏟土機(jī)的價(jià)格大約是比標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的貴1.5倍，但日本小松公司（Komatsu）的發(fā)言人表示“燃料費(fèi)用少了25至40％”。在像中國(guó)等地方機(jī)器是長(zhǎng)時(shí)間操作的，這將使成本降低。
2015年以后進(jìn)入家庭
如果用在EV、工業(yè)機(jī)器及其他應(yīng)用的大容量鋰離子充電電池更為擴(kuò)大的話，價(jià)格可能降至每kWh約3萬(wàn)日元。在這價(jià)格時(shí)，鋰離子充電電池可考慮作為常備電池儲(chǔ)存應(yīng)用，這是極為成本導(dǎo)向的市場(chǎng)。
再生能源的輸出，例如太陽(yáng)能電池和風(fēng)力發(fā)電等和氣象變化有很大的關(guān)係。連接不穩(wěn)定的電源供應(yīng)至電網(wǎng)，會(huì)造成頻率波動(dòng)，使得電源的品質(zhì)降級(jí)。如果所產(chǎn)生的電源可以儲(chǔ)存在大容量鋰離子充電電池中的話，就可以稍后穩(wěn)定地供應(yīng)至電網(wǎng)。
目前的硫化鈉（sodiumsulfur,NAS）電池是這類大容量電力儲(chǔ)存的唯一選擇，但如果有大容量鋰離子充電電池可用的話，發(fā)電站、建筑物和工廠等就可以有中等大小電源儲(chǔ)存設(shè)施。
例如，日本的伊藤忠商社（ITOCHU）及其他公司將在2010年結(jié)合鋰離子充電電池和太陽(yáng)能電池推出一個(gè)大廈的系統(tǒng)。電池是美國(guó)EnerDel公司制造的汽車設(shè)計(jì)，容量有24kWh。目的是為了協(xié)助建筑物中公共區(qū)域的日間照明，進(jìn)而減少住戶的管理費(fèi)。
韓國(guó)、中國(guó)和美國(guó)積極搶進(jìn)
大量的制造商進(jìn)入前景看好的大容量鋰離子充電電池市場(chǎng)，很可能使競(jìng)爭(zhēng)加劇。日本電子設(shè)備制造商奪回了他們之前由于投資競(jìng)爭(zhēng)上的落后而輸給韓國(guó)和其他廠商在DRAM和LCD面板等產(chǎn)品的市占率。
其中，韓國(guó)制造商尤其迫不及待。電池業(yè)多位人士皆同意Samsung SDI很可能在市占率上領(lǐng)先Sanyo Electric。日本在2000年時(shí)幾乎擁有100％的鋰離子充電電池市場(chǎng)的占有率，到2003年降到了約64％，并在2008年降到了一半以下。許多日本電池方面的材料制造商表示，在兩三年內(nèi)，出口的需求可能比日本國(guó)內(nèi)使用的成長(zhǎng)更多。
韓國(guó)不是唯一的對(duì)手，中國(guó)和美國(guó)及其他地區(qū)也都是強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。尤其是中國(guó)，受到國(guó)內(nèi)強(qiáng)勁的需求，似乎可能開發(fā)它自己的鋰離子充電電池市場(chǎng)。那裡的汽車市場(chǎng)已成長(zhǎng)至和美國(guó)相當(dāng)，成為全球最大，一年銷售1,200萬(wàn)臺(tái)。如北京和上海等大城市的環(huán)境政策，為中國(guó)電池制造商帶來了龐大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，例如2000萬(wàn)臺(tái)的電動(dòng)機(jī)車。
業(yè)界中已有一些人指出，中國(guó)出產(chǎn)的低價(jià)鋰離子充電電池將席捲全球的市場(chǎng)。部分原因是許多中國(guó)電池制造商在量產(chǎn)時(shí)都使用了磷酸鐵鋰（lithiumironphosphate,LiFePO4）陽(yáng)極的設(shè)計(jì)。鋰離子電池中最貴的東西是陽(yáng)極材料（圖6）。日本和韓國(guó)等其他國(guó)家的制造商都轉(zhuǎn)向了由鈷、鎳和錳所組成的3元素陽(yáng)極，希望提高容量。中國(guó)制造商專注在價(jià)格，放棄目前的鈷酸鋰（LiCoO2）標(biāo)準(zhǔn)而采用LiFePO4，這成本只有大約1/10。
此外，鋰離子充電電池領(lǐng)域的一位工程師補(bǔ)充道，“生產(chǎn)良率可能只有20至30％”。即便如此，中國(guó)制造商仍能創(chuàng)造利潤(rùn)。電池大廠BYD預(yù)期會(huì)迅速地提高產(chǎn)能，在2010年達(dá)到1000MWh，并在2012年達(dá)到4000MWh。電池業(yè)的一個(gè)消息來源透露：“他們正使用所有最新的、日本制造的生產(chǎn)設(shè)備。”如果良率提升，日本的制造商將面臨嚴(yán)峻的競(jìng)爭(zhēng)。
美國(guó)和中國(guó)有穩(wěn)固的關(guān)係
然而，美國(guó)歐巴馬政府頒布了一項(xiàng)政策，從材料到電池包裝等所有東西必須都在美國(guó)生產(chǎn)。有趣的是，只要制造是在美國(guó)進(jìn)行，即使國(guó)外的制造商也可申請(qǐng)補(bǔ)助。
已有像韓國(guó)樂金化學(xué)和法國(guó)的Sa GroupeS.A.等公司透過他們美國(guó)子公司獲得金援。日本公司包括戶田工業(yè)（TodaKogyo）等，已接受金援，并開始陰極材料的量產(chǎn)，而日產(chǎn)汽車計(jì)劃使用不同的美國(guó)聯(lián)邦基金來建造一個(gè)鋰離子充電電池廠。
日本的電池制造商似乎沒有加入的計(jì)畫，顯然是由于擁有海外制造據(jù)點(diǎn)可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)。但是如果日產(chǎn)汽車擴(kuò)大它的採(cǎi)購(gòu)規(guī)模，并延續(xù)它當(dāng)?shù)貟?cǎi)購(gòu)的政策，那在美國(guó)的制造就幾乎可以確定了。
然而美國(guó)政治的政策更往前邁進(jìn)一步。在2009年11月，美國(guó)宣布和中國(guó)在能源方面有綜合的合作同意書。已有合作計(jì)劃在進(jìn)行中以推廣使用EV，導(dǎo)入再生能源。
在推廣EV方面，具體的活動(dòng)包括合作標(biāo)準(zhǔn)化和展示計(jì)畫，在再生能源方面，兩國(guó)計(jì)畫針對(duì)下一代的電網(wǎng)，研發(fā)智慧型電網(wǎng)（SmartGrid）策略。
日本在能源領(lǐng)域沒有非常有效的綜合政策，且和其他國(guó)家?guī)缀鯖]有合作同意書。中國(guó)和美國(guó)之間的策略性合作關(guān)係使得日本制造商的空間更小了。
Part2 技術(shù)：第一步是提升容電量的新材料，目標(biāo)是500Wh/kg
業(yè)者們正陸續(xù)推出針對(duì)電動(dòng)車（EV）和其他應(yīng)用大容電量鋰離子充電電池的量產(chǎn)計(jì)畫。產(chǎn)品性能仍待增強(qiáng)，發(fā)展可提供容電量與安全改進(jìn)的新鋰離子充電電池將意味著巨大的商機(jī)：開發(fā)下一代電池的全球性競(jìng)爭(zhēng)正蓄勢(shì)待發(fā)！
為了能夠供應(yīng)大容量鋰離子充電電池的激增需求，世界各國(guó)業(yè)者們正忙著編列預(yù)算與實(shí)施大批量的生產(chǎn)計(jì)畫。
許多電池制造商們已經(jīng)對(duì)如陰極、陽(yáng)極材料、隔離膜與電解質(zhì)等關(guān)鍵零組件做出選擇。在許多情況下，廠商們一向選擇的材料是在手機(jī)用鋰離子充電電池領(lǐng)先的日本廠商所開發(fā)的產(chǎn)品。
但這并對(duì)日本材料制造商的未來有什么保證。電動(dòng)車（EV）用鋰離子充電電池才剛剛踏入實(shí)際商業(yè)應(yīng)用的境界，真正的技術(shù)開發(fā)競(jìng)爭(zhēng)，才剛開始升溫。
汽車業(yè)一位消息人士抱怨說，鋰離子充電電池的性能仍然不夠完善，不能做為長(zhǎng)途駕駛電動(dòng)車輛的能源供應(yīng)。在包括能源密度、輸出密度、成本與安全性等若干領(lǐng)域，都仍需要進(jìn)一步地改善。
尤其是，對(duì)被汽車業(yè)視為削減二氧化碳排放量王牌的電動(dòng)車及插入式混合動(dòng)力電動(dòng)車（PHEV）而言，現(xiàn)有鋰離子充電電池佔(zhàn)用太多的空間與成本。如果現(xiàn)今鋰離子充電電池所使用的是第一代材料，就必須發(fā)展能提供大約兩倍能量密度（200～300Wh/kg）的第二代材料，并以2015年至2020年為實(shí)施目標(biāo) 包括固態(tài)電池、鋰金屬電池、鋰硫電池或鋰氣電池等后鋰離子充電電池的基礎(chǔ)研究，也在世界各地積極地進(jìn)行著，而且都計(jì)劃以2030年前后開始商業(yè)推廣。
鋰離子充電電池是由陰極和陽(yáng)極材料、電解液、隔離膜與其他組件組成的，它們的特性必須小心平衡才能做為電池使用。在許多情況下，只選用一個(gè)高性能陰極材料，將它與高性能陽(yáng)極材料結(jié)合并不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高性能電池。例如，電極材料與電解液可能無(wú)法良好地相互運(yùn)作?；蛘撸灿锌赡苤皇请y在為新材料建立起所需的量產(chǎn)技術(shù)。
事實(shí)上，對(duì)消費(fèi)性電子產(chǎn)品用陰極和陽(yáng)極材料與電解液等的商業(yè)性選擇范圍有限，這就是為什么一個(gè)新的、有前景的材料組合的開發(fā)意味著巨大的商業(yè)機(jī)會(huì)。
