觀念平臺－電動車鋰電池減重之路

即使如此，相較於筆電與手機，爲汽車供電困難得多，因要驅動汽車行駛足夠里程所需能量極高，而鋰電池現階段技術上的能量密度（單位質量所儲存能量）150～300Wh（瓦時）/kg（公斤）仍遠低於汽油的2,000Wh/kg，因此電動車必須揹上數量龐大且沉重的電池奔跑。「目前發展電動車遇到的最大問題，是電池很貴又很重，未來要靠人的智慧，把電池做得便宜又安全輕巧」，臺達電董事長海英俊說。

■特斯拉的三代電池

特斯拉（Tesla）使用的三代電池，從18650、21700到4680都是圓柱形（分別爲直徑18mm/21mm/46mm），但尺寸明顯擴大，目的是爲了降低成本，如同家庭號鮮奶的單位成本會比盒裝便宜，另減少包裝也可使重量獲得減輕。特斯拉首款車Roadster採用的18650是發展最早也最穩定的鋰電池，但也因它不是專爲電動車設計，體積與容量較小（約如3號電池），所以必須透過串並聯將7,000多顆電池組成模組放入車中，並透過冷卻液管路及保險絲解決散熱及短路問題，其獨到的電池管理系統扮演重要角色。

但因鋰電池正負極各僅有一個極耳（接頭）將電流導出電池，當電芯容量擴大時，電子到達極耳的距離拉長且路徑變壅塞，電阻提高會造成過熱與充電效率不佳問題。4680全極耳設計透過塗覆導電材料讓兩極全面與電路連接，將之前的點接觸改成面接觸，如同擴大玻璃瓶的瓶口，使水流進出更加順暢。特斯拉宣稱電阻因此降低5至20倍，從而控制發熱，降低無謂的熱量浪費，提升續航里程。此設計使電池可擴大容量，並可加大充電電流，促成更快的充電速度。

■比亞迪的磷酸鐵鋰電池

中國的比亞迪則專注於磷酸鐵鋰（LFP）電池的研發，相較於鋰三元電池，磷酸鐵鋰電池的能源密度約低3成（180Wh/kg比250Wh/kg），低溫表現較差（攝氏零度時續航力僅鋰三元電池58％），但也有成本低20％、不必使用稀缺元素、循環壽命較長（9,000次比2,500次）及安全性高等優點。比亞迪透過爲電池保溫改善低溫表現，所發表的刀片電池以長條鋁殼封裝，像一排筷子橫置於車底，此方式有利於散熱，且因其堅硬鋁殼可取代車底樑柱，電池的上蓋版則直接作爲汽車地板，過去將電芯做成模組，再包裝成電池包的作法省去模組階段，將電池與車身深度整合。這與特斯拉Model Y搭4680款以電池包取代底盤的鋼樑結構，讓座椅直接固定在電池包上方的簡化設計有異曲同工之妙，目前磷酸鐵鋰電池因成本優勢已成爲市場主流。

■豐田的全固態電池

固態電池則是未來競爭的主戰場，福斯汽車電池研發負責人Frank Blome將固態電池稱爲鋰離子電池的「最終篇章」。傳統鋰電池中的電解液好比「血液」，在電池正負極間傳導鋰離子，但電解液是有機溶劑，具高可燃性，一旦電動車遭撞擊，電池可能因熱失控自燃。固態電池使用固態電解質理論上安全性較高，但如何讓鋰離子順利在正負極間傳導則是難題。多家美國新創業者投入研發均以失敗告終，美國電動車品牌Fisker曾在2018年宣佈將在數月內量產固態電池，但最終於2021年放棄，改推搭載液態鋰電池的電動車，創辦人尷尬解釋：「固態電池是當你覺得完成90％、幾乎達成目標時，突然意識到剩下10％比之前90％困難多了的技術」。

日本豐田擁有最多固態電池專利，日前宣佈最快將於2027年推出配備「全固態電池」的電動車，充電10分鐘可行駛1,200公里，且重量減半，引發全球轟動與猜測。豐田在說明會中表示，已發現新技術能克服固態電池壽命過短的問題，今後將着手進行量產技術研發，以解決成本過高問題。因技術與成本問題，過去專家普遍認爲固態電池的商業化時程可能落在2030年，目前看來似有機會提前。

基於三元鋰（NCA）及磷酸鐵鋰電池的物理特性限制，目前的電池減重設計集中於使電池容量擴大與減少封裝，並與車體深度結合，未來將等待固態電池的商業化使重量問題進一步獲得改善。