電池產業的願景

市場對於整體電動車在未來的趨勢仍然是正面積極，在2024年八月最新的麥肯錫報告中，仍約有80%的歐洲人願意在未來採購電動車，但不可諱言的在今年2024初的電動車銷售上在全球都遭逢亂流，尤其在歐美市場電動車市場成長的幅度放緩，雖說這造成市場上的主要玩家對於推動BEV的時程上做了調整，但是在歐洲這個走在世界前緣肩負永續未來的世界領頭者，無論產業，立法者或是消費者對於2035年的淨零決心仍然不變，同時這也許是一個好的契機去審視電動車於初始發展至今已超過10年來是否有哪些產業發展已經走到十字口面臨變革的需要，如今日的主題，電池是電動車的心臟也是最貴的模組，在十多年的發展下，是否真正能協助電動車的發展進入一個健康循環的產業發展模式，產業鏈內部各環節（電動車製造商，充電站運營者與消費者）存在適當的推力以促使電動車產業加速起飛，電池的發展是否正在走向一個真正正確的道路，或許在找出答案前，所有在產業鏈的一份子都必須殘酷的面對一個事實，市場已經擴大到必須吸引更多不同層面的消費者進入市場，但是要他掏錢的真正驅動力是新電動車產業鏈每個環節將如何使熟悉ICE的行車習慣的消費者無痛體驗由ICE轉移至BEV的便利並同時維持電動車原本既有的優勢。是的，我們必須遵從消費者的底層邏輯 – BEV與ICE的使用或駕駛經驗的差距必須縮小至可以因為BEV所帶來的其他優勢來補償，屆時將迎來BEV的第二次加速成長而且此次將正式使BEV變成全體消費者真正的選項。

由2024八月的麥肯錫報告上來看，消費者對於電動車的採買憂慮其實很直觀展現於與ICE使用情境與習慣的差異上，作為產業鏈一環的電池製造商，我們將電池主要影響BEV的部分做進一步差異化分析可以得到以下兩個主要阻礙的原因：

1. 整體使用成本：其中包含了
A. 初始購買價格
B. 二手車的殘餘價值
C. 回收成本

2. 里程焦慮：其中包括了
A. 全天候，全場景的真實行駛距離
B. 充電不方便

基於分享時間的限制，針對電池產業參與者在長達十數年的努力已經解決的問題，例如單元電池壽命大幅提升部分我不在此贅述，同時以下我將以現有主流電池化學系統與模組技術進行分析，並期待由ICE與現行主流電池為基礎建構的BEV方案，進行差異化分析並推論出未來可能能讓消費者買單的電池方案，包含電芯系統，電池模組與其他配套方案

現行電池方案的背景說明

現行主要電芯系統為NCM and LFP兩大陣營，在2019年時行駛距離的推動下的關係， LFP雖然擁有低成本特性，但是仍無法補償材料本身低能量密度且無法持續改善的限制，在當時最大電動車市場-中國市場從2012幾乎100%市占率降到只剩下7%的市佔率，而NCM則因為可以持續增加的能量密度的特性，已經佔據超過90%市場份額，歐美的市場更是鮮少有LFP的選項，但在2020年到來卻粉碎了NCM的擴張趨勢，因為在當年的六至八月中，在中國接連的BEV爆炸起火事件，讓人們想起Note 7驚恐的公共安全事件，進而暫停了高鎳的發展直到電池製造商能對高鎳NCM做一定的安全程度控制，至此傳統鋰電池芯的能量密度的提升進入了一個遲滯的階段。

2019～2024五至六年內，傳統液態鋰電池的高能NCM電芯能量密度只由245~265Wh/kg提升至280~285Wh/kg ，年提升比例1.2%～2.8%，同時LFP因為相對於高能的NCM有較高的安全性而促成新的大容量電芯製造方式與模組設計CTP (cell to pack) 的導入而在Pack 的Energy Density上有值的飛躍，雖然電芯能量密度仍低，但是採用簡化設計，使LFP的電池芯佔整體電池包的體積比例遠超過NCM佔比，舉例來說，380~400Wh/L的LFP於CATL或是BYD在CTP設計下，電池包的Volume Utility =55~ 60%，而採用的高能 560Wh/L的NCM 的其Volume Utility =40~ 45% ，很明顯地，電池包的體積能量密度大約都落在220~240Wh/L左右

基於此，一個全新發展方向進入這個新生的產業中，電池製造商開始以Volume Utility 增加為主要的開發指標，催生出更加一體式更加客製化的CTC （Cell to Chassis）設計，以更高的Volume utility來增加能量密度與兼具低成本，促使LFP + CTP的組合推動了中國NEV的2020~2024在中低配市場的飛躍成長，在2022年時中國LFP已經正式超過NCM的市佔率，而2024年更達到65%以上，從7%到65%的逆襲，代表了消費者對電動車的市場需求開始由初期技術嚐鮮者進入到初期實用階段，除了行駛距離的改善，初期購車的成本也因為補貼結束（2022）而正式成為一個主要議題。

LFP + CTP與其說是創新，或者更適合是説明傳統鋰電因自身的技術天花板下無法持續以化學系統增加能力密度又須兼顧低成本後的必然替代方案，但是在2024年高盛年初提出BEV殘餘價值過低是造成市場增長遲緩的主因來看，雖然LFP的初始成本較低，但對於消費者而言，在駕駛三至五年後，反而因為以CTP設計的電池包無法維修而使二手車的殘餘價值太低反而降低再次購入BEV的意願。隨產業持續發展，如電池包的體積能量密度，兩種方案似乎又在整體使用成本上，各有其優劣。而或許傳統鋰電池方案在1. 行駛距離（能量密度）2. 整體使用成本都應該存在更佳的方案，無論由演化還是由革新而來。

初始售價分析

1. 不同市場來看ICE與BEV的差距

A. 在中國市場，中型轎車的ICE價格在20000~28000USD而BYD的Seal也是中型BEV，總能83~85kWh(LFP + CTP)，平均行駛距離550公里(WLTP)，超過麥肯錫報告中的消費者期待均值507km，售價在33000~36000USD，比最高單價的ICE貴約18~29%。

B. 不同於中國，歐洲市場中型ICE的均價在33000~38000USD，而中型的BEV多以NCM + Module 的方案為主，總能75~78kWh，平均行駛距離550公里(WLTP)，也同樣超過麥肯錫報告中的均值507km，而平均單價45000~50000USD，比最高單價的ICE貴約18~32%。

若單以ICE的成本差距來看，兩個市場差距在10000~13000 USD，這體現了區域生產成本的差異，若將兩地製造成本來進行平準，基本上無論系統如何，BEV & ICE的新車售價的Gap在中國與歐洲市場幾乎是一樣的。歐洲電池主要供應商包含1. LGE:27.8%, 2. CATL:27.5%, 3. Panasonic:14%, 4. SK on:10.7%, 5. SDI;10.2%，前五大已經佔據市場份額80%以上，且多數已經進行投資或甚至在地生產數年，電池成本要與中國或亞洲當地生產的數值一致其實是並不現實的，中國的LFP cell 價格在55~60USD/kwh，pack 價格則約在80~85USD/kwh ，至於NCM cell price: 75~85USD/kWh and Pack Price: 100~110USD/kwh，但是在歐洲生產 LFP Pack Price: 100~110USD/kg，NCM pack price: 125~135USD/Kwh。

若持續在傳統鋰電池產業鏈下，每個環節的成本都不易與中國或亞洲相當，過去國際化時，初始新技術在歐美日進行初始開發與產業化，多數初期都是高價但隨著技術移轉至中國或其他亞洲區生產，成本在大量集中生產與低價產業環境下，產品成本可以大幅下降，但是現在傳統鋰電池已是由歐美日轉移至中國＠2000，中國已將此產業建構成成熟產業鏈後再次回歸歐美生產，此時的單元成本無論如何都很難在與中國當地生產作比較，舉例來說，無論是太陽能或是風電都是很好的例子，現在的差異也只是體現物價平準後的正常值，即便是中國廠商回到歐美當地生產若可以持續維持這樣的水準都屬不易。

2. 電池成本會因為需求持續增加而降低是一種悖論：

電池的成本不見得會持續下降，產業也應該更誠實的面對，電池材料是一種期貨，材料成本約佔總成本70%，尤其是Li, Ni 等核心元素材料，在2019年時產業與研究機構對於電池成本的下降都非常有信心，但是從2021年開始，因為BEV的銷售在全球快速增長，材料都瘋狂增價，舉例來說，正極材料由22USD/kg增加至48USD/kg(2019~2023)，因為需求旺盛，全球LiCO3 & LiOH成本大漲，由於材料佔了較大比例的成本，所以電池成本不會一直下降，而是會有一個下限，隨著市場降溫，2024年的Q1正極活性材料又回到22USD/kg，而這應該就是近期的那個下限，隨著Q3市場慢慢回溫，10月開始，LiCO3的成本又開始上升，也代表了正極材料又要觸底反彈了。

當然初始售價的差異，電池是最貴的模組，需要承擔最大的責任，需要與歐洲車廠緊密合作，檢討電動車與電池現行設計的方向是否正確且足以達到改善耗能或是舒緩消費者在行駛間無電可用的深沉焦慮，最終要在初始售價與行駛距離焦慮中求得最佳解，其實不僅僅是歐洲，中國的BEV也面臨相同的問題，中國的新能源車(NEV) 在2020~2024這段時間，銷售上出現了一個有趣的數字，2020年 新能源車BEV的銷售量遠超過PHEV，但是由2022年開始至今，PHEV銷售量卻已經接近BEV的兩倍，而中國純BEV的製造商也從先前的數十家，在2024時降至3家以下，如果因為2024年來電池芯的價格大幅下降，使得BEV的初始購車價格與ICE持續接近，則爲什麼中國消費者反而對PHEV青睞有加，而不選擇非因電池芯降價而有更大降價空間的BEV，是什麼導致消費者需求與BEV背道而馳 ?

初始售價與行駛距離焦慮中求得最平衡解

為此我們必須直面理解消費者對於507km的平均要求的真實背景為何？
為了理解背後真實的問題，我們必須回到ICE這個Baseline, 而且要回到過往，去讓我們回想ICE由1980至今，IEC一般在加油後可以的行駛距離，從表中我們很容易看出，

其實無論是1980的400km還是已經到達2020的650km，在任何時間下的駕駛者都沒有感受到現在BEV駕駛者的行駛焦慮，無論他開的entry level, Volume mode or Luxury level的車。這是一個有趣的問題，為什麼他們沒有這樣的焦慮 ? 因為有以下兩件事是現在電動車無法企及的 :

1. 全天候，全場景的使用一致性：

A. 天氣冷熱的時候都會對於ICE and BEV的能量轉換產生影響，不過那是僅止於機械運作上在高低溫下的些微影響。但是BEV內的電池在低溫下則因為電化學問題而大幅度降低可用能量，一般來說以室溫為基準，一但進入低溫10~-15攝氏度時能源效率將大幅降至65~40%，而消費者對於500km的基礎需求或許也是因為在低溫下只剩325~200km，若本身在室溫下只有400km則在低溫下只剩260~160km，這樣對於駕駛者會產生沒有電可用的壓力，其主要原因是因為傳統有機液態電解質的離子導通能力是正比於離子移動的能力，而低溫下離子移動大幅度受到限制，甚至在融點附近有斷崖式的下降，現今解決方案是採用額外的熱汞模組來進行電池包加熱進而加強低溫的效能，不過利用模組來解決電化學問題，一直都是成效不佳的。所以直接改善電解質，無論是改採超低融點且高離子導通能力的液態電解質或是改採無機固態電解質（沒有融點）才是真正解決的方案，也才能真正使實際行駛距離貼近設計值，若有新型電解質在-30~-40度的離子導通度同於一般液態有機電解質在室溫下的離子導通度，則即便初始設計值只有400公里，也不會太讓駕駛者擔心無電可用，因為低溫的行駛距離與基礎室溫的400KM是一樣的。

B. 眾所皆知，低速行駛降低能耗，是適合BEV，但到高速時由於處在較大電流的放電狀態下，能耗快速增加，同時產熱也會頻繁啟動cooling system反而更加增加能耗，而使行駛距離縮短，對於電池而言，最好能降低電阻，同時加強放電能力，同時由電池的機構設計來看，最好能採用large footprint (200~500*560mm) 的設計，他比Cylindrical mode多6~7倍的散熱面積，更比Prismatic mode多11~12倍的散熱面積，如果加上陶瓷隔層的快速散熱本質，與更好的離子導通能力所產生的低電阻，則會適度降低能耗的浪費並使實際與理論的行駛距離相當。

2. 充電不方便：

真正使得BEV與ICE有巨大的差距，使得駕駛者對於BEV的行駛距離感受深沉恐懼，就是充電與加油上兩者的便利性上有巨大的鴻溝。而無論是充電時間太長導致不愉快的行車經驗，或是不充足的公用快充電站都是同一個問題，我們必須比較現今ICE的健康產業是如何形成，才能給出答案。如同之前表格提到，無論1980~2020年間，造車與引擎的技術如何進步，事實上，任何一位駕駛者都沒有所謂的行駛里程焦慮，有得只有期待每升汽油能夠行駛更長距離，減少每公里的行駛成本，因為加油時間僅需3~6分鐘，這讓一般消費者不會感受到加油的不方便，同時也使得加油站的owner非常開心，因為快速的turn over rate，使得加油尖峰時間每個小時可以加滿12~14台車，而使投資者願意投入更多的資金來加設加油站，也使得加油站的普及，同時也加速一般民眾使用汽車成為主要的交通工具。但是看似基本的滿足卻在ICE轉型至BEV產業時碰到一個大問題，因為現今主流的鋰電池無法進行快充，25~40分鐘充電60~80%並不是真正的快充，實質意義上的快充需要與ICE加油時間一樣，在5~8mins充滿60~80%，因為快充除了能使駕駛者對於行車品質上的認同，而最重要的是產業鏈上的充電站owner，如果無法縮減充電時間，就無法真正做到高回報率的turn over rate，每次看到充電尖峰時期的車流，也只能望之興嘆！而只有充電站owner能賺到錢，充電站才能普及，而一但普及，則無論行駛400公里或是500km都不再是行駛焦慮，後期要做的事就如之前ICE一般，使得電動車的能耗更有效率，使得電池全天候全場景的能源使用都沒有限制。而因為形成一個Positive Circle,所以有更多人的願意買電動車，而且也更助長投資者願意佈更多充電站，而一個健康的產業如同ICE一般的電動車產業鏈就形成了，同時主動加速電動車的普及。

3. 最佳解: 電池的初始能量與價格下降

基於上述兩點所形成的健康產業，並沒有期待電動車每次充電後能行駛更長的距離，主要還是短時充電並足夠到下一個充電站即可，加上未來三電效率提升，電池本身具備全天候全場景的能力，所以500km的需求消失，取而代之應該是5~8mins內能充多少電能走多遠距離無論天氣溫度，無論高速與低速行駛，如果能在5~8分鐘能充到300公里以上，這樣充電頻次與短時的充電時間會使整體的行駛感受如同ICE一般，而做到無痛轉移，而若5~8 mins 充到80%則表示原始設計的電池只需400km即可，同時因為總能變小，所以電池總重變輕，也會使得能源使用效率增加，當然若本身的電池的能量密度超越現在傳統的鋰電池，而且是可持續性的增加，同時也不需要與安全性妥協或是需要額外的加壓或加熱模組，則電池包的重量會持續減輕，最後只需要50~55kwh就能超過原來設計400km而到達450km (無論天氣)，而這樣的設計使得電池成本即便是在歐洲也有機會減少3000～3500USD。使得BEV的初始售價更加接近ICE。

4. 公用快充電站的基礎設施成本與對於附近電網的影響：

快充站的基本設施本昂貴，同時會對周邊電網造成壓力，所以利用電池充電電池是為必要，建議採用portable charger充電，同時將portable Charger的充電基地放在近郊，並置入電網中，利用離峰充電，並如同加油車一般，在清晨時入城，並將汽油注入加油槽，而不做管路連結避免問題，同加油車，裝載portable charger 的貨車會在清晨將充飽電的portable charger 放在個別的停車場上，消費者只需要簡單的APP就可以預約充電，可以選擇快充還是一般充電，當然也可置於正式的充電站利用快充來賺取更多獲利，同時portable Charger 可以置入電網內，因為內存電池，所以可以對電網進行調節，不過如同大家所熟知的，Portable Charger 需要比現在的電池方案更加安全，因為這是portable charger的成功關鍵。

結論：現階段的傳統鋰電池已經完成他的歷史階段性任務，如果要能真正由ICE過渡至BEV則必須建構一個健康的電動車產業鏈，而充電站owner佔據至關重要的角色，但是真正使產業加速完成轉型的關鍵卻是一連串新技術與新方案的導入。

1. Battery Cell:

A. 快充能力 （5~8mins 10~80% , 甚至4~6mins 10~80%），可以利用新電解質系統大幅改善傳統NCM的能力同時負極改採100% Si一同配合達到目標，LFP因本身的限制即便改善電化學系統也可能沒有太大的改善，不具備持續改善的意義

B. 低溫效率 (需要新電解質其離子導通能力在-20度與現今傳統鋰電池的室溫能力相當，同時避免極端氣候無法執行，至少-40度下能正常運作) – 必須修正電解質系統，同時如上所述，LFP因本身材料的限制，不具備持續改善的意義

C. 能量密度（尤其是Specific Energy），具備持續改善能力，在初始規劃至少能做到350~360Wh/kg，且不用像傳統鋰電池中需要與安全性妥協，其中新電解質必須改善intrinsic safety capability同時加入active safety mechanism 主動安全機制利用競爭反應穩定正極與負極活性材料，最好可以做到即便是大總能的模組都能安全，無需額外為安全性而增設的模組設計，可以維持電池包高能量密度與成本

D. 內阻（快速放電產熱少），同時利用陶瓷隔層加速熱轉移與cooling system做熱平衡同時使用大面積電芯設計，加強散熱面積同時增加產能降低成本

2. 電池模組與電池包設計：

A. 因為單電芯的能量密度已足夠高，無需像LFP採用CTP設計，可以進行簡單拆卸與維修，無需電池包出了一點問題，就需進行整組更換，以增加二手車價值，同時減少回收的複雜度，讓關鍵元素回收比例增加，降低污染

B. 由於快充與電池使用效率增加，電池包總能可以下降至50~55Kwh也不會造成行駛焦慮，而同時也無需增加安全，熱汞，與特殊加壓模組來增加電池包的成本同時避免降低電池包能量密度，這樣會使BEV的初始購車價格更貼近ICE

3. 充電站設計：

A. 利用更高效率的電池充電電池模式(DC to DC)，採用 Portable Charger(with Battery inside) 來降低固定快充站的基礎設施的投資與對於市容的影響，同時不但可以減少對於電網的干涉，對於置入電網中的portable charger可以用來協助平衡高峰與離峰的用電量。