開發全固態電池不使用稀有金屬 成為電動 - 工程師

開發全固態電池不使用稀有金屬 成為電動車及3C新選項

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根據LMC-Auto市場預估，全球電動車正極化學材料電池市場到2028年將達1.24Twn（太瓦
時），其中鋰鎳錳鈷(NMC)將居最大比率，而鋰鎳錳(LNMO；或稱高電壓尖晶石正極材料)、鋰鎳錳鈷鋁(NMCA) 及磷酸鐵（LFP）也將崛起，反而鋰鈷鋁(NCA)將明顯市場比率縮小
。

當全球面臨稀有金屬嚴重短缺，鋰離子電池面臨鋰資源供應不穩定的擔憂以及可燃性等安
全風險。因此，不使用稀有金屬的全固態電池成為新選項，可以解決與傳統鋰離子電池相
關的問題。目前，鋰離子電池中有三個主要材料技術組合，包含：鎳錳鈷（NMC）、鎳鈷
鋁（NCA）和鎳鈷鎂，其中鈷為稀有金屬、價格高昂，是壓低EV 電池價格的主要障礙，而
這些金屬原料且開採將破壞周邊環境。另外新興組合是磷酸鐵（LFP）或鎳錳鋰 （LNMO）
，但這也成為下一個過渡到無貴金屬的全固態電池。所以，未來電池將是電池原材料路線
之爭，既要降低電動車的成本，並提高續航力、安全性與效能，更要兼顧環保議題及來源
供應無虞。

我國工研院技轉高電壓鋰鎳錳正極材料(LNM)

據知我國工研院已開發出高電壓鋰鎳錳正極材料(LNM)技術，可技轉給企業應用於3C及電
動車用鋰電池。

鴻海電池黑科技「無貴金屬全新製程」

鴻海曾於2020年<鴻海科技日>首次對外揭露其六大動力電池黑科技：「電池快充與低溫優
化」、「低鼓脹軟包技術」、「雲端AI電池管理系統」、「高能量密度電池」、「無貴金
屬全新製程」以及「固態電池研發」等。鴻海也宣示，將在2024年時，推出首款商業化固
態電池，不但將減輕目前液態電池的重量與成本，更能解決液態電池的隱患問題。由於，
蘋果汽車計畫2024年推出採用磷酸鐵鋰電池，因此推測鴻海可能以「無貴金屬全新製程」
電池搶單蘋果汽車，當然松下及寧德時代也有機會。

寧德時代生產磷酸鋰鐵電池(LFP)

傳特斯拉向寧德時代預訂45GWh 磷酸鐵鋰電池(可裝上80萬輛電動車)，為2022年的電動車
銷售計畫做準備，這批電池主要用於 Model 3 和 Model Y 車型。

松下（Panasonic）正開發無鈷電池
松下（Panasonic）正開發不含鈷的純電動車鋰離子電池，計劃於未來幾年內將鈷使用比
率從目前的低於5%降至零。

日本電氣硝子使用以鈉、鐵、磷為材料的玻璃粉末

日本電氣硝子開發利用玻璃陶瓷陰極的全固態鈉 (Na) 離子二次電池，並於 2017 年作為
氧化物基全固態電池在世界上首次成功地在室溫下運行。2020年，證明了這種電池可以通
過大大降低電池內部的電阻來達到實用級的性能。關於該研究成果的論文刊登在《科學報
告 - Nature》網頁。之後，日本電氣硝子2021年11月底於日本電池技術學會「電池討論
會」發佈全固態鈉離子電池技術最新進展。

其實，日本電氣硝子開發出了不使用稀有金屬的全固態電池，而是使用以鈉、鐵、磷為材
料的玻璃粉末作為電極，採用正負極夾住氧化物類固態電解質的結構。該公司最近還開發
出了在玻璃粉末中混入碳材料「硬碳」的負極，電壓為3伏特，與鋰離子電池基本處於同
等水平，可以為智慧手機等電子設備充電。

該電池在從攝氏100度高溫到0度低溫的不同環境下均可使用。不需要用來進行充放電管理
的電路和冷卻裝置，具備能在相同的空間裡增加電池安裝量的優點。全固態電池存在的課
題是，電解質和電極之間容易産生縫隙，導致電阻增大。日本電氣硝子利用玻璃加熱後會
變軟的性質，實現電極和固態電解質的一體化。

新電池機制是依靠鈉離子在電極之間移動來實現充放電，還將電解液換成不可燃的固態電
解質，提高了安全性。在純電動汽車（EV）需求有望擴大的情況下，全固態電池被視為新
一代電池的新選項，同時可減少全球使用稀有金屬的機會。

豐田研究不使用稀有金屬的全固態電池

豐田也在研究不使用稀有金屬的全固態電池，試製負極使用硬碳的全固態鈉離子電池。這
種電池的主流負極材料是金屬鈉或者鈉錫合金，但存在一些課題，在反覆充放電的過程，
會因為電極表面發生晶體呈柱狀生長的現象而起火，或者因為膨脹和收縮，電極與電解質
之間的縫隙擴大，導致電池劣化。但硬碳不易膨脹和收縮，可以延長電池的壽命。

根據歐洲專利局和國際能源署的一份報告，豐田十多年來一直在追求下一代電池，從2014
年到2018年，豐田申請固態電池的專利數量最多。根據豐田在2021年5月12日的財報會議
，宣示要在2030年銷售800萬輛電動車，除了燃料電池之外，固態電池就成為重要的發展
方向。

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