为什么丰田鸿海都在拼研发固态电池原因是电动汽车最重点技术

　　回顾2020全年，特斯拉（Tesla）交付市场近50万辆电动汽车。日前，首席执行官马斯克（Elon Musk）在语音社群平台Clubhouse上谈到，特斯拉目标是2030年以前，将年生产量提升至2,000万辆电动汽车，然而前方最大的障碍，就是电池技术。
　　说白了就是电池太贵了。鸿海产品经理萧才佑分析，以电动汽车的建造成本来看，电池就占了30 35%，其次是驱动系统20 25%，也就是说超过三分之一的成本来自动力电池，这也致使电动汽车价格居高不下。
　　除了电池成本占比偏高之外，鸿华先进副总经理陈正夫补充，电动汽车有一半重量来自电池，造成车身比燃油车还重，＂电池重量如果减少一半，车子续航力可以增加25%。＂
　　可以说，电池技术将是未来10年，所有企业较劲的重点战场。截至目前，全球电动汽车电池技术，主要由几家大厂商掌握。
　　图片来源：奥迪。电动汽车之所以昂贵，是因为超过三分之一的成本来自电池，若能压低制造成本并提升性能，将是车厂决胜关键。
　　固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。
　　由于科学界认为锂离子电池已经到达极限，固态电池和石墨烯电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池。固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质，取代锂电池的电解液，大大提升锂电池的能量密度。
　　根据市场分析公司SNE Research的数据，2020年电动汽车电池市场占有率前三大，依次是中国电池制造商宁德时代（CATL），市场占有达24%；韩国LG能源方案（LG Energy Solution）和日本Panasonic（松下）分别为23.5%和18.5%。这3家企业也都是电动汽车龙头特斯拉的电池供应商。
　　从2017年起，宁德时代连续3年拿下全球电动汽车电池供应量第一，客户几乎涵盖全球各大车厂：丰田（Toyota）、本田（Honda）、BMW、现代（Hyundai）、戴姆勒（Daimler）等。
　　宁德创办人曾毓群，先前是新能源科技（ATL；主要生产手机电池）共同创办人，在2011年看准电动汽车产业的趋势后，回到家乡福建宁德，成立宁德时代。曾毓群预言，2030年前电动汽车将比油车便宜，汽车更将在2040年实现全面电动化。
　　宁德时代之所以稳坐市场占有第一，要从电池原料路线之争说起。锂电池可以分为＂镍钴锰（NCM）＂、＂镍钴铝（NCA）＂，以及＂磷酸锂铁（LFP）＂两派组合，不过前两者的缺点是碰撞后容易起火爆炸。宁德时代主力生产磷酸锂铁组合的电池，优点是价格便宜、安全性高，因此获得特斯拉等车厂大量采用，宁德时代才得以称王。
　　图片来源：奥迪
　　研究机构Bernstein Research指出，中国制Model 3使用更轻巧、便宜的磷酸铁锂电池，使得每辆车的制造成本下降约600 1,200美元。
　　不过在特斯拉全车系中，主要电池供应商是Panasonic。自从2008年收购三洋电机，取得手机锂电池、太阳能电池的关键技术后，Panasonic跃升为全球电池技术领头羊。
　　在车用电池的核心产品上，Panasonic采用的是镍钴铝系统。这项技术在平板电脑、智能手机等3C产品上经常见，应用于电动汽车上却难度倍增，因为镍钴铝锂电池的能量密度是主流车用电池＂磷酸铁锂电池＂的好几倍，需要很高的合成技术才能量产。
　　在2020年＂电池日＂（Battery Day）上，特斯拉公布新款＂Tabless 4680电池＂，也是跟Panasonic合作生产。Tabless 4680采螺旋式包装，在相同的电池容量下，空间可扩大30%，让电池能量密度提升5倍、续航力增加16%、制造成本降低76%，有望使得特斯拉＂每千瓦/时＂（kWh）价格减半，进而带动售价接近一般燃油车。
　　图片来源：Tabless。Tabless 4680采螺旋式包装，在相同的电池容量下，空间可扩大30%，让电池能量密度提升5倍、续航力增加16%、制造成本降低76%。
　　要降低电动汽车的成本，并提高续航力与性能，电池的技术必须有所突破。
　　原料，是第一个需要突破的关键。 目前主流的镍钴镁、镍钴铝、镍钴锰等锂电池组成形式，皆有＂钴（cobalt）＂这项关键原料，可说是＂现代石油＂。由于钴具有稳定物质、增加能量密度的特性，能确保电池寿命及充电速度，因此短期内电池产业都无法弃钴而不用。
　　然而，长期来看，科技界希望能做出不使用钴的电池。首先，钴属于稀有金属，价格比镍高出1倍以上，成为电池价格降不下来的主要障碍。其次，开采钴的过程中会造成严重污染，甚至牵扯到剥削非洲童工的问题。
　　在2021年消费电子展（CES）上，Panasonic（松下）已表示将投入开发不使用钴的电池；IBM Research电池实验室也致力研发不需要金属原料的电池技术，只要5分钟就能充满80%电力，并将与戴姆勒投入实际测试；通用汽车（GM）也宣布，其新电池将减少70%的钴用量。
　　图片来源：shutterstock。钴属于稀有金属，价格比镍高出1倍以上，且开采的过程中会造成严重污染，甚至牵扯到剥削非洲童工的问题。
　　安全性与性能，则是第二大关键。 电动汽车常见的干电池或锂电池，都是＂液态电池＂，要放入胶状电解质，才能发挥电池性能。
　　液态电池的缺点是温度过高或过低，都容易影响电池性能；即使使用快充，最快也要20 30分钟才能充满电，续航力多落在300 400公里；此外，液态电解液有外漏的危险，容易引发意外。
　　为此，科学家提出＂固态电池＂的构想，将电解液移除，改以全固态方式堆栈，不会因隔离层破损就导致正负极接触短路爆炸，能量密度也提高，在负25 60 的温度范围都能正常运行。
　　目前燃油车加满油，续航力约为500公里，为解决里程焦虑，蔚来汽车喊出要研发采用固态电池、续航力达1,000公里的电动汽车，电池技术若能突破，将成为电动汽车普及一大推力。
　　目前之所以市面上还看不到固态电池，主要是有许多技术问题待突破，像是固态电解质导电度不如液态电解质等，除了技术不成熟外，制造成本仍高，不利于大规模制造普及。不过研究机构彭博能源财经（BloombergNEF）预估，固态电池若能大规模的生产，成本将只有锂电池的40%，有机会成为电动汽车电池的主流。
　　图片来源：数字时代
　　向来以油电混合车技术称霸的丰田汽车，已宣布投入固态电池研发，宣称配有固态电池的电动汽车，续航里程超过500公里，使用快充最快10分钟就能充满电。日本专家预测，配有全新固态电池的次世代丰田Prius车款，最快可能在2022年上市。
　　近来积极进攻电动汽车市场的鸿海，也在2020年10月16日首度举办的＂鸿海科技日＂中宣布，将投入固态电池技术以及＂电池快充与低温优化＂ 、＂低鼓胀软包技术＂、＂高能量密度电池＂、＂无贵金属全新制程＂等技术研发，目标在将电池重量减半、体积减少为六分之一，电池循环寿命提高10%以上。鸿海产品经理萧才佑透露，预计在2024年，鸿海就会推出首款商业化的固态电池。
　　同样致力研发固态电池的创业公司QuantumScape，也受到不少关注，已经从比尔盖茨、大众汽车（Volkswagen）等投资者手中获得超过5亿美元融资。其中大众汽车是最大金主，从2012年合作迄今，注资至少3亿美元。
　　2020年12月，QuantumScape通过线上活动披露一款全新电池，可在15分钟充满80%电力，让电动汽车续航力提升90%，同时降低制造成本，预计在2025年推出配有这款电池的电动汽车。不过，QuantumScape目前仍未向外界展示过实际产品。
　　一旦克服电池技术的障碍，相信离电动汽车普及的那天，也就不远了。