基於電動車總覽裡面可以看到電動車與傳統汽車的成本結構不同，其中電動車專屬零件佔比72%，其中鋰離子電池佔比高達60%，因此可以很清楚在電動車來說鋰離子電池是一個很重要的資源之一。2020年開始，不只傳統車廠投入電動車行列，連原先的領頭的科技股都摩拳擦掌準備進入此市場。也因此針對電池這部分，我也為自己投資做了一下筆記，提供有興趣的小夥伴一起討論。
電動車電磁種類
我們從電磁種類來看，電動車採用定會是二次性電池，即可重複性使用。鋰離子電池充放電的基本原理．
- 電池是將氧化還原反應的化學能轉化為電能的裝置。典型特徵就是電極上反應物得失電子，通過外電路流動，進而便產生了電流。正負極之間的電荷傳遞是通過電解液中陰陽離子的運動形成的
- 二次電池是指可多次再充放電的電池，其內部發生的電化學反應是可逆的。電池放電，內部的A物質變成B物質，化學能變成電能；而充電時，B物質又能夠變回A物質，電能變成化學能儲存。
正極負極指電位高低，陰極陽極則通過得失電子區分，得電子的電機發生還原反應是陰極，失電子發生氧化反應是陽極。充電和放電正負極不變，而陰陽極會反向。對於鋰離子電池而言，正極材料的開發是其關鍵技術。理論上，根據上述反應化學式，可以實現鋰離子脫嵌的物質都可以作為正極材料，但實際上，這並非易事。出於性能考慮，它需要有良好的導電性、較大的放電倍率以及與電解質良好的相容性；出於壽命考慮，它需要有高度的可逆性和較弱的極化效應，出於安全考慮，它需要保證良好的穩定性和溫和的電極過程動力學。
鉛酸電池: 是蓄電池的一種，電極主要由鉛製成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。一般分為開口型電池及閥控型電池兩種。前者需要定期注酸維護，後者為免維護型蓄電池。按電池型號可分為小密、中密及大密。俗稱的電瓶主要指的是鉛酸蓄電池。鉛酸電池結構來說: 一般由正極板、負極板、隔板、電池槽、電解液和接線端子等部分組成。正極板為二氧化鉛板（PbO2），負極板為鉛板（Pb）。中型及小密電池應可廣泛用於UPS不間斷電源、控制開關、報警器、汽車牽引電源、電動自行車等領域。 大密電池主要應用於大型基站的通訊後備電源。 使用時應注意硫酸液面高度，以免發生意外。鉛酸電池充電電壓過高並過充時可能產生可燃的氫氣，應當避免。鉛酸電池壽命大約 2~4 年，不過長期處於低電量的鉛酸電池壽命會縮短，大部分廠商提供 6~12 個月的保固期。
鎳鎘電池:鎳鎘電池的構造。外殼是鎘陰極，陽極由鎳氧化物構成。電池內含有氫氧化鉀的鹼性電解液。不同尺寸粗細的單體，有些與傳統的乾電池類似，但是彼此的體積及電壓都不相容。為了各種不同的用途，更發展出不同的外型，比如隨身聽用的扁平單體。
鎳氫電池: 是有氫離子和金屬鎳合成，電量儲備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，並且對環境無污染。鎳氫電池的缺點是價格鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差。有記憶效應以及充電速率較慢等缺點。
鋰離子電池（Lithium-ion battery）是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。鋰離子電池使用一個嵌入的鋰化合物作為一個電極材料。目前用作鋰離子電池的正極材料主要常見的有：鋰鈷氧化物（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、鎳酸鋰（LiNiO2）及磷酸鋰鐵（LiFePO4）。可攜式電子設備中可充電電池最普遍的類型之一，具有高能量密度，無記憶效應，在不使用時只有緩慢電荷損失。除了消費類電子產品，越來越進步的鋰離子電池也越來越普及，可用於軍事，純電動汽車和航空航天應用。
- 鈷酸鋰電池（LiCoO2）: 3C產業常提到的鋰離子電池其實是鈷酸鋰電池，廣義的可充放鋰離子電池是指由一個石墨負極，一個採用鈷、錳或磷酸鐵的正極，以及一種用於運送鋰離子的電解液所構成。而一次鋰離子電池則可以鋰金屬或者嵌鋰材料作為負極。鈷酸鋰正極材料（LiCoO2，就是現在最常見的鋰離子電池）成本較高，並且難以應用在耐受穿刺、衝撞和高溫、低溫等條件等特殊環境。更重要的是，因無法滿足人們對安全的絕對要求而飽受詬病。因此較少應用在市場經濟規模更大的儲能和動力電池（瞬間需要較大電流）市場，該市場涵蓋純電動車、油電混合車、中大型UPS、太陽能、大型儲能電池、電動手工具、電動摩托車、電動自行車、航空航天設備與飛機用電池等領域。全球鈷礦最大生產國剛果，戰亂紛擾多，導致鈷礦價格不斷升高。鈷酸鋰電池的粉體因鈷礦價格不斷上漲，現在已從原先的每公斤40美元漲價到60~70美元。磷酸鋰鐵粉體依品質好壞，每公斤售價在30~60美元。
- 磷酸鋰鐵電池: 同時擁有鈷鋰、鎳鋰和錳鋰的主要優點，但不含鈷等貴重元素，原料價格低且磷、鋰、鐵存在於地球的資源含量豐富，不會有供料問題，而且，工作電壓適中（3.2V）、電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環壽命長，在高溫與高熱環境下的穩定性高，是目前產業界認為較符合環保、安全和高性能要求的鋰離子電池。如果長時間保持在高電壓下，磷酸鋰對全部充電條件的耐受性更強，並且比其他鋰離子系統的應力更小。缺點是，較低的3.2V電池標稱電壓使得比能量低於鈷摻雜鋰離子電池。對於大多數電池來說，低溫會降低性能，升高儲存溫度會縮短使用壽命，磷酸鋰也不例外。磷酸鋰具有比其他鋰離子電池更高的自放電，這可能會引起老化進而帶來均衡問題，雖然可以通過選用高質量的電池或使用先進的電池管理系統來彌補，但這兩種方式都增加了電池組的成本。
- 錳酸鋰電池（LiMn2O4）: 1996年，Moli能源公司將錳酸鋰為陰極材料的鋰離子電池商業化。該架構形成三維尖晶石結構，可改善電極上的離子流動，從而降低內部電阻並改善電流承載能力。尖晶石的另一個優點是熱穩定性高，安全性提高，但循環和日曆壽命有限。低電池內阻可實現快速充電和大電流放電。18650型電芯，錳酸鋰電池可以在20-30A的電流下放電，並具有適度的熱量積累。也可以施加高達50A1秒負載脈衝。在此電流下持續的高負荷會導致熱量積聚，電池溫度不能超過80°C(176°F)。錳酸鋰用於電動工具，醫療器械，以及混合動力和純電動汽車。純錳酸鋰電池今天不再普遍; 它們只在特殊情況下應用。 大多數錳酸鋰與鋰鎳錳鈷氧化物(NMC)混合，以提高比能量並延長壽命。這種組合帶來了每個系統的最佳性能，而大多數電動汽車，如日產Leaf，雪佛蘭Volt和寶馬i3都選用了LMO(NMC)。電池的LMO部分可以達到30%左右，可以在加速時提供較高的電流; NMC部分提供了很長的續航里程。
- 鎳鈷錳酸鋰(LiNiMnCoO 2或NMC): 最成功的鋰離子體系之一是鎳錳鈷(NMC)的陰極組合。與錳酸鋰類似，這個體系可以定製用作能量電池或功率電池。NMC的秘密在於鎳和錳的結合。與此類似的是食鹽，其中主要成分鈉和氯化物本身是有毒的，但將它們混合起來作為調味鹽和食品保存劑。鎳以其高比能量而聞名，但穩定性差;錳尖晶石結構可以實現低內阻但比能量低。兩種活性金屬優勢互補。此為電動工具，電動自行車和其他電動動力系統的首選電池。陰極組合通常是三分之一鎳，三分之一錳和三分之一鈷，也被稱為1-1-1。由於鈷的高成本，電池製造商從鈷系轉向鎳陰極。鎳基系統比鈷基電池具有更高的能量密度，更低的成本和更長的循環壽命，但是它們的電壓略低。混合鋰離子電池越來越受到重視。鎳，錳和鈷三種活性材料可輕鬆混合，以適應需要頻繁循環的汽車和能源存儲系統(EES)的廣泛應用。NMC家族的多樣性正在增長。
- 鎳鈷鋁酸鋰(LiNiCoAlO2或稱NCA):自1999年以後被應用。它具有較高的比能量，相當好的比功率和長的使用壽命與NMC有相似之處。不太討人喜歡的是安全性和成本。NCA是鋰鎳氧化物的進一步發展;加入鋁賦予電池更好的化學穩定性。高能量和功率密度以及良好的使用壽命使NCA成為EV動力系統的候選者，但其高成本和邊際安全性卻有負面的影響。
三元鋰電池(鎳鈷錳酸鋰)和磷酸鐵鋰電池均為鋰離子電池，除此之外，算上鈦酸鋰電池，這三種電池是主流的車用動力電池。眾多鋰離子電池企業由此都將固態電池技術作為重要的下一代技術儲備。
富森結語：整理電池系列，除了從電動車視角來看鋰電池以及未來電池的發展，了解其電池是考慮其安全性以及其高效能和成本考量，並且各原料都有不同優缺點也因此有新的型態電池技術在發展。在整理此內容，覺得可以再多一個層度應用思考，這些電池除了應用於電動車市場，也許未來其儲能市場也許有其發展性．
資料來源:
電動車電池類型與電池基礎介
鉛酸蓄電池
鋰離子電池
鋰電池「高鎳化」，電動車電池新寵兒：「 鎳 」是什麼？
動力電池技術日趨多元化：三元、高鎳、固態
鋰電池之爭，三元還是磷酸鐵
蘋果汽車計畫2024年推出 採用磷酸鐵鋰電池、台積電代工晶片、鴻海搶代工
儲能市場規模成長逾 100 倍！台積電：十年內將全面採用「鋰鐵電池」
發佈留言