電動車的第二心臟！你知道鋰電池！那認識4680電池、固態電池嗎？

電池科技是電動車發展關鍵

電動車發展首要面對的就是「電池」，除了性能、續航力、充電效率、使用壽命要達商業模式需求外，安全與環保也缺一不可。如今電動車市場雖以鋰電池為主流，但新世代電池技術也悄悄打開副本，從趨勢來看，除了持續提高電池能量密度外，如何降低成本、加強安全也是關鍵！

目前電動車是由鋰電池佔據主導地位，但是隨著市場需求加劇，產業界也開始擔心鋰電池發展瓶頸，包含安全性、使用壽命、成長高昂等問題也需要克服，正積極著手推動的新一代電池革命。本篇除了介紹鋰電池的特色外，還將帶你認識兩款備受市場期待的新電池技術。

鎳氫電池vs.鋰電池

鎳氫電池放電功率低、續航力不佳

鎳氫電池有著低成本、安全性佳等優勢，但因為平均工作電壓為1.2V、放電功率較低，並無法長時間輸出大電流，且能量密度僅為鋰電池的三分之一，續航力、充電速度普遍不佳等問題，相比之下，鋰電池的優點遠遠高於成本這件事！

鋰電池能量密度高、充電快

鋰離子電池最早在1991年由Sony推出首個商業化產品，起初廣泛應用於3C產品，隨著電池容量提升、體積的改良等，現已成為全球主流電動車的首選，鋰離子電池之所以能脫穎而出，主要在於「高能量密度」、「充電速度快」、「幾乎沒有記憶效應」三大特性。

鋰離子電池工作電壓均勻值為3.7V，相當於三個串聯的鎳氫電池，更適合用在需要高放電功率的大型機具或電動車上，能量密度約為鎳氫電池的2倍，意味相同體積或重量下，所能儲存的電量也越多，對於續航力有一定幫助！「能量轉換效率」是指電池充電後所能放出的電力，與充電時間息息相關，而鋰離子電池高達90%的能量轉換效率，明顯優於鎳氫電池的70%，代表著同一功率下，鋰離子電池所需充電時間更短，自然更受車廠青睞。一般而言，電池每完成一個充電週期，電量就會減少一點，但鋰離子電池幅度相當輕微，因此被視為幾乎沒有「記憶效應」問題，同時電池自放電率也相對低，使用壽命優於其他電池，適合用在產品使用壽命偏長的電動車上，不過電池終究會隨著時間及使用環境等因素而衰退，一般預估車用鋰離子電池壽命8～10年，目前絕大多數電動車商也都喊出8年或16萬公里的電池保固。

4680鋰電池vs.Tesla目前電池

4680廢模組化、電量多5倍、成本減半身為電動車領導品牌的Tesla，深知握有電池技術的重要性，因此面對下一世代的電池大戰，創辦人Elon Musk也在2020年9月的「電池日」活動上，公佈了最新的「4680電池」，聲稱新一代電池技術不僅功率、續航力都能提升，且電池成本會是現售車款的一半。

4680電池尺寸放大到直徑46mm、高度80mm，與現行Model 3使用的2170電池（直徑21mm、高度7mm）相比體積大了2倍，更大的單體體積可容納更高的儲電量，官方宣稱與2170電池相比，電池容量提升5倍、續航力提高16%、輸出功率提升6倍，且具有充電速度更快、製造成本壓低等優勢。

除了帳面數據精進外，4680電池最大變革是取消了模組化平台的設計。一般來說，包含Tesla在內的主流車廠，皆會打造電動車專屬平台來「放置」電池，不過據官方表示，4680電池將會打破這項規則，電池將視為車輛底盤結構的一部分，兼顧車身剛性與配重，Elon Musk以航太領域「把機翼作為油箱，而不是在機翼內建置油箱」來做比喻，跳脫傳統汽車工業的思維，讓人相當好奇實際量產的成效。據Tesla表示，旗下產品採用的三元鋰電池，因為使用稀少且昂貴的「鈷」金屬，難以壓低成本，因此新一代4680鋰電池正極材料將會減少對鈷的用量，轉而提高鎳的比例；而負極材料的選用上，也將推出矽基來取代石墨，進一步提升電池能量密度，並藉由外層包覆矽納米材質，來解決矽基在充電過程過度膨脹的問題，據了解每kWh電池成本可降低56%。

4680也不是毫無缺點不過4680鋰電池並非沒有缺點，首先電池增大尺寸的同時，對於熱管理系統的要求也就更高；再者取消了電池模組化的設計，意味著未來電池替換更費時，且維修成本也會墊高，這些問題都有賴Tesla解決，才能達到更便宜電動車的初衷。

固態電池vs.鋰電池

固態安全、降低熱失控風險儘管鋰離子電池現已佔據主導地位，但各方面效能已達瓶頸，尤其重量、體積、安全性被認為仍有不足。因此，產業界正積極開發固態電池，將之視為電動車下一個戰場，包含寧德時代、三星等國際電池大廠皆加入戰局。傳統鋰電池中的電解液，因為採用易燃的有機溶劑，較容易因為高溫不穩定或外在因素而發生熱失控，而固態電池則改用玻璃、陶瓷或其他材料形式的固態電解質，解決了電解液具有可燃性、腐蝕性、會漏液 等問題，大幅降低熱失控的風險。

因為固態電解質的使用，固態鋰電池內部結構更緊密，有利於更多帶電離子聚集，傳導更大的電流與提升電池容量，使能量密度能提升到500Wh/kg以上，較目前鋰電池普遍能量密度（200～300Wh/kg）高出許多。

固態電池少了沉重的電解液，也不需要像鋰電池因擔心熱失控，需要搭配抗溫升、防撞擊、防穿刺的安全結構，因此可以讓體積更小、重量縮減，讓電動車上的電池配置設計更加靈活，底盤能空出更多空間擺放電池，藉此提高續航力。

不過固態電池目前仍有技術上的問題需克服，例如固態電解質製程良率偏低，使電極與電解質之間的介質阻抗過高，影響整體效能，固態電池也因為構造緊密，較容易受熱脹冷縮影響，若設計不良可能會破壞結構，當然也存在著成本高昂、未達量產規模等技術問題，不過產業界仍相當看好固態電池，相信隨著更多資源投入研發後，這些問題都將迎刃而解。