電動車的動力之鑰—2011年動力鋰電池產業與市場發展

25-07-2011  DIGITIMES
台灣電池協會執行秘書暨工研院產經中心分析師呂學隆，從全球鋰電池與電動車市場需求做介紹，並深入分析上中下游相關產業鏈生態，為台灣業者指出一條微笑曲線的「贏的策略」...

呂學隆指出，依據IIT長期的統計數據，全球二次電池(可充電電池)市場中， 2010年可攜式消費性電子應用的鋰電池產值達1,000億日圓，但市場趨向成熟與創新競爭；車用鋰電池從2011年開始有明顯成長，預估到2013年就會超越消費性電子鋰電池而達到3,000億日圓，成為最大宗的應用。因此電動車市場成為日本相關業界高度期待之標的。

在電池製造部分，目前仍以日本、南韓與大陸為主要電池生產國。日本有Panasonic/ Sanyo、Sony、NEC/TOKIN、Toshiba、Hitachi/Maxel等電池廠家，2002年全盛時期擁有全球65%市佔率，即使到2010年仍擁有全球40.7%的市佔率，而南韓有Samsung SDI、LG化工廠家，從2002年僅10%全球市佔率全力衝刺，到2010年佔有率攀升到35%；大陸有比亞迪(BYD)、力神(Lishen)、比克(BAK)，從2002年佔有率約10%左右，到2010年底達到全球18.8%的電池市佔率。在台灣也有能元(E-One)，2010年全球鋰電池市佔率0.71%，排名全球前10名。而電池的價格走向逐漸趨於緩跌，但仍須觀察日本311地震後的市場變化。

電動車市場對鋰電池的龐大吸引力，依據全球HEV混合動力車/PHEV插電混合動力車的區域市場規模預測，2010年HEV/PHEV車輛達95萬台，到2015年可成長到265萬台，至於對鋰電池用量更大的純電動車(EV)的全球區域市場規模預測，2010年全球有2.4萬台EV，到了2012年，僅大陸就有3萬台EV，是全球最大的電動車市場，到2015年全球有30萬台EV，而大陸市場就佔了13萬台。
呂學隆指出，若不把大陸這種較特殊市場列入，統計到2014年為止，美、歐、日車廠已量產或預定量產的HEV/EV電動車款有150款。這150款HEV/PHEV/BEV車款中，HEV混合動力佔48%，PHEV插電混合動力佔17%，BE純電動車佔35%。

若進一步區分電池種類，使用鎳氫電池佔39款，其他均為鋰電池。如果單純以電池電容量計算，PEVE市佔率僅19.8%、AESC佔12.9%、Sanyo佔6.3%；若以車輛數來計算，由於在混合動力車市佔率最高的Toyota均使用PEVE的鎳氫電池，使PEVE實際電池市佔率達42.7%，Sanyo佔23.6%，JCS佔6.9%。


電動車與鋰電池成本結構分析

鋰電池目前分為方形、圓筒型與鋰高分子電池3種。其材料項目像是正負極材料、電解液、隔離膜、正/負極集電體、包裝外材與其他材料等，廣及各項化工與金屬產業。鋰電池大廠也紛紛與歐美日汽車大廠合作，像PEVE與Toyota、Tesla合作、Sanyo與Ford、VW、Audi合作，GS Yuasa與Honda合作，SB LiMotive與Honda、GM、BMW、Audi、VW合作等。主要車廠與電池供應商的分工合作模式，可分為掌握原材料、材料、電池單體、系統甚至整車的方式。

若以3.7V、2A/7.4Wh的18650鋰電池芯單體為單位，1具行動電話大約使用4Wh(瓦時)，約0.6個18650電池，而筆記型電腦需8.88Wh/cell，約6個18650鋰電池；當混合動力車HEV，裝備1KWh鋰電池組時，相當於使用117個18650電池；純電動車EV以Nissan Leaf為例，裝備24KWh鋰電池組，大約需要2,702個18650電池芯，電動車使用鋰電池數量為筆電的450倍。

進一步分析探究整部電動車的成本結構，各零組件所佔的成本比重，電池模組佔41.7%，電池控制模組8.3%，這兩項加起來，光鋰電池成本就佔50%；其次電控模組佔16.7%、馬達16.7%，其他部分約佔16.7%。而進一步討論純電動車電池模組的成本結構時，材料(Materials)成本佔46%、Purchased Items佔17%、折舊(Depreciation)佔10%、利潤佔7%、人工成本(Direct Labor)佔6%、研發支出佔5%、營業費用成本(General Expense)佔5%、變動成本(Variable Overhead)佔4%。當車廠要壓低電動車售價時，鋰電池一定是被率先檢討以及著手縮減的關鍵。

電動車車廠與下游鋰電池廠的合縱連橫

呂學隆先以區域來討論車廠與電池廠的關係。像Toyota參股80.5%於PEVE電池組供應商，而電池芯供應商Panasonic又擁有PEVE 19.5%股份；Nissan則參股51%並使用AESC的電池組與電池芯，而NEC與NEC Energy Device各參股42、7%；三菱汽車則對電池芯供應商Lithium Energy Japan參股15%，另外GS Yuasa Power Supply與Mitsubishi各參股51、34%；Honda則使用Blue Energy電池芯並對其參股49%，另外51%同樣由GS Yuasa Power Supply所投資。

在歐洲車廠部分，戴姆勒(Daimler)分別對電池組供應商Deutsche Accimotive、電池芯供應商Li-Tec參股90%、49.9%，而由EVONIK對這兩家參股10%、50.1%；BMW則由Samsung SDI、Bosch投資各半的電池芯供應商SB LiMotive來供應旗下Megacity車款，由Johnson Control-Saft電池芯供應商供應ActiveHybrid7車款；福斯(VW)則選用Sanyo的電池芯。

美國車廠部分，像通用(GM)旗下混合電動車(HEV)，選用Hitachi Vehicle Energy的電池芯，而Chevrolet Volt(EREV)電動車則選用由LG化工100%持股的Compact Power電池芯，Compact Power電池芯也供應給福特(Ford)的Focus電動車；而由Johnson Control與Saft合資的Johnson Control-Saft電池芯供應商，則供應電池芯給福特旗下的插電電動車款；克萊斯勒(Chrysler)的Dodge Rams插電混合動力車隊則選用Electrovayade電池芯。

鋰電池大廠以歐美車廠為合作對象，像Sanyo獲得VW、Audi、Ford採用，LGC獲得GM、Ford、BMW、Diamer、VOLVO、FAW、Chana等車廠採用。對於不同的電動車類型，車廠會分別尋求合適的供應商，而在電池的供應方面，車廠間並未有共通的做法。例如，日本車廠會對零組件的供應商，採取不同程度參股的方式以掌握貨源。


電動車系統與關鍵元件

一輛純電動車，其關鍵元件有充電系統、電流轉換系統、馬達、LED頭燈、電能轉換管理系統、電能/冷卻系統、電池模組、動力輸出系統等。呂學隆列舉1款混合電動車代表─通用(GM) Chevrolet Volt，其電池容量16kWh，汽油引擎規格為4汽缸53kW功率，作為運轉發電、充電以延長行駛里程數，可用家用SAE-J177充電規格充電，其最長行駛里程數為480公里，最低工作溫度為攝氏10度。

另一款純電動車代表為日產(Nissan) Leaf。AESC鋰電池容量24kWh(輸出大於90kW)，馬達規格為AC 80kW/280Nm，透過家用110V充電約耗時16小時充滿，220V需8小時，480V特殊快充僅需半小時，充滿電的巡航距離為160公里。日產Leaf在聯邦稅收減免後的價格為25,280美元。

台灣鋰電池業者進攻全球的策略

呂學隆指出，鋰電池產業特性為技術密集、資本密集、規模經濟。目前鋰電池產業上中下游的區分上，上游為正負極材料、電解液、隔離膜，產業中游則為電池芯，產業下游則為電池模組(含電池管理系統)。整個鋰電池產業的競爭價值以位於上游的正負極材料、電解液、隔離膜，以及下游電池模組的競爭價值最高。
針對上游的技術關鍵，在於高安全STOBA技術、高能量電極材料/低價隔離膜等技術，而中游的技術關鍵則在於採用高安全╱高能量╱長壽命╱大型電池技術，至於下游部分，智慧型電池模組管理與電池老化╱壽命偵測技術是勝出關鍵。若採用微笑曲線的概念，切利基、攻兩頭、放眼國際。在3C鋰電池策略上，以開發客製化╱高安全╱薄型╱高能量╱鋰電池為主力產品，至於EV鋰電池策略，則開發高安全╱客製化╱高能量╱長壽命動力鋰電池為主力產品，同時利用高安全STOBA技術提升動力鋰電池的附加價值。



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