观念平台－电动车锂电池减重之路

即使如此，相较于笔电与手机，为汽车供电困难得多，因要驱动汽车行驶足够里程所需能量极高，而锂电池现阶段技术上的能量密度（单位质量所储存能量）150～300Wh（瓦时）/kg（公斤）仍远低于汽油的2,000Wh/kg，因此电动车必须揹上数量庞大且沉重的电池奔跑。「目前发展电动车遇到的最大问题，是电池很贵又很重，未来要靠人的智慧，把电池做得便宜又安全轻巧」，台达电董事长海英俊说。

■特斯拉的三代电池

特斯拉（Tesla）使用的三代电池，从18650、21700到4680都是圆柱形（分别为直径18mm/21mm/46mm），但尺寸明显扩大，目的是为了降低成本，如同家庭号鲜奶的单位成本会比盒装便宜，另减少包装也可使重量获得减轻。特斯拉首款车Roadster采用的18650是发展最早也最稳定的锂电池，但也因它不是专为电动车设计，体积与容量较小（约如3号电池），所以必须透过串并联将7,000多颗电池组成模组放入车中，并透过冷却液管路及保险丝解决散热及短路问题，其独到的电池管理系统扮演重要角色。

但因锂电池正负极各仅有一个极耳（接头）将电流导出电池，当电芯容量扩大时，电子到达极耳的距离拉长且路径变壅塞，电阻提高会造成过热与充电效率不佳问题。4680全极耳设计透过涂覆导电材料让两极全面与电路连接，将之前的点接触改成面接触，如同扩大玻璃瓶的瓶口，使水流进出更加顺畅。特斯拉宣称电阻因此降低5至20倍，从而控制发热，降低无谓的热量浪费，提升续航里程。此设计使电池可扩大容量，并可加大充电电流，促成更快的充电速度。

■比亚迪的磷酸铁锂电池

中国的比亚迪则专注于磷酸铁锂（LFP）电池的研发，相较于锂三元电池，磷酸铁锂电池的能源密度约低3成（180Wh/kg比250Wh/kg），低温表现较差（摄氏零度时续航力仅锂三元电池58％），但也有成本低20％、不必使用稀缺元素、循环寿命较长（9,000次比2,500次）及安全性高等优点。比亚迪透过为电池保温改善低温表现，所发表的刀片电池以长条铝壳封装，像一排筷子横置于车底，此方式有利于散热，且因其坚硬铝壳可取代车底梁柱，电池的上盖版则直接作为汽车地板，过去将电芯做成模组，再包装成电池包的作法省去模组阶段，将电池与车身深度整合。这与特斯拉Model Y搭4680款以电池包取代底盘的钢梁结构，让座椅直接固定在电池包上方的简化设计有异曲同工之妙，目前磷酸铁锂电池因成本优势已成为市场主流。

■丰田的全固态电池

固态电池则是未来竞争的主战场，福斯汽车电池研发负责人Frank Blome将固态电池称为锂离子电池的「最终篇章」。传统锂电池中的电解液好比「血液」，在电池正负极间传导锂离子，但电解液是有机溶剂，具高可燃性，一旦电动车遭撞击，电池可能因热失控自燃。固态电池使用固态电解质理论上安全性较高，但如何让锂离子顺利在正负极间传导则是难题。多家美国新创业者投入研发均以失败告终，美国电动车品牌Fisker曾在2018年宣布将在数月内量产固态电池，但最终于2021年放弃，改推搭载液态锂电池的电动车，创办人尴尬解释：「固态电池是当你觉得完成90％、几乎达成目标时，突然意识到剩下10％比之前90％困难多了的技术」。

日本丰田拥有最多固态电池专利，日前宣布最快将于2027年推出配备「全固态电池」的电动车，充电10分钟可行驶1,200公里，且重量减半，引发全球轰动与猜测。丰田在说明会中表示，已发现新技术能克服固态电池寿命过短的问题，今后将着手进行量产技术研发，以解决成本过高问题。因技术与成本问题，过去专家普遍认为固态电池的商业化时程可能落在2030年，目前看来似有机会提前。

基于三元锂（NCA）及磷酸铁锂电池的物理特性限制，目前的电池减重设计集中于使电池容量扩大与减少封装，并与车体深度结合，未来将等待固态电池的商业化使重量问题进一步获得改善。