「聖杯戰爭」這個名詞源自日本TYPE-MOON旗下遊戲《Fate/stay night》及其作品所衍生出來的概念,遊戲是由御主們召喚傳說中的英靈,以從者身分在現世復活,以爭奪可以實現一切願望的聖杯。
最近,美國政府資助的 Argonne 儲能科學合作中心實驗室主任史瑞尼法山表示,長期而言固態電池是電池產業的「聖杯」。因為,傳統鋰離子電池隨著日益接近其理論性能的上限,鋰固態電池有望大幅提升能量密度,並且根本解決電池的安全問題。
有些國家更是期待透過固態電池來實現「彎道超車」,以化解中國廠商目前在電池產業鏈的壓倒性優勢。就有日媒提出,若日本企業能以低成本實現全固態電池的量產,全球電動汽車市場的版圖將有可能被重新劃分。
美國隊3+2 鴻海沾得上邊
美國政府非常重視固態電池發展,能源部公布的EVs4ALL計劃,將為12家具有前瞻性的專案團隊,提供4200萬美元的下一代電池研究經費,資助美國教育機構與新創公司進行固態電池開發。
前南加玉山科技協會理事長施文炤曾透露,美國加州與西岸地區從事固態電池研究的教授與廠商非常多,像是加州大學聖地亞哥分校(UCSD)、舊金山分校(UCSF) 與Stanford大學;還有QuantumScape等廠商。
美國新創公司Factorial Energy,去年宣佈其200MWh固態電池的中試線在麻州正式投產,成為美國目前產能最大的固態電池廠商。公司創辦人是來自中國的於英超與黃思宇;Hyundai-Kia集團最近也宣布與Factorial Energy合作,測試其新型固態電池技術,期望將新技術整合到電動汽車中。
QuantumScape由印度裔企業家賈格迪普·辛格創辦,經營團隊中有不少印度裔精英,今年初股價一度暴漲超過50%,主要是公司的固態電池已由福斯汽車子公司完成耐力測試,展示出實現量產的能力。
Solid Power的核心人物則是道格拉斯·坎貝爾,這家白人團隊主導的公司,在技術研發定位朝硫化物電解質這個方向,該公司並已建成一條1MWh量級的中試線,並宣佈向BMW集團的德國工廠授權技轉,還有跟現代汽車也有合作共同開發。
我認為,目前美國隊主要有QuantumScape、Solid Power與Factorial Energy這三大咖,再加上Solid Energy Systems (SES) 與Amprius兩家公司。其中,SES背後是GM、Hyundai 與Honda三大車廠,鴻海集團也有投資。
日本隊豐田領軍 串聯打群架
日本國家隊主要由「國立研究開發法人物質・材料研究機構」(NIMS) 主導,以豐田為首,包括村田製作所、太陽誘電、住友化學、三菱化學、Denso等廠商,研發以氧化物為電解質的全固態電池。另外,還有松下、本田、日產、出光興產、三井金屬、Maxell、TDK、日立造船等公司,陣容可說相當堅強。
早在2015年,Toyota就宣稱實驗室已開發成功固態電池,當時就用在電動滑板車做測試,後來還與松下合作開發生產製程。最近,豐田與出光興產也宣佈將合作,推進以硫化物為電解質的全固態電池製程,爭取2027年商業化量產。
日立造船最近也表示,該公司的全固態電池可在低溫、高溫環境甚或真空下充放電,主要提供樣品給航太與晶片設備等用途使用。據日媒指出,日立造船研發的全固態電池礙於很難大量生產,因此致力開拓電動車以外的銷售通路。
韓國聯手福斯拼2027量產
韓國三星(Samsung)集團在固態電池的開發,用力之深,不遑多讓。聯合南韓LG新能源、SK On與三星 SDI這幾家廠商,並與車廠福斯( Volkswagen )攜手合作,計劃於2027年實現量產,目前正在水原研究所持續進行。
韓國隊很團結而且有車廠助陣,三星SDI中大型電池部門副總裁兼戰略營銷團隊負責人Sohn Michael就曾說,希望透過發展優質與高端的全固態電池,來建構更完整的產品組合。
歐洲組聯盟 Project HISTORY
最近得知歐洲固態電池國家隊,由英國Ilika負責電池與製程開發、BMW提供EV方面的合作、WAE提供方程式電動賽車豐富的模組設計經驗、Nexeon 供應矽負極材料,並與英國牛津等4所大學,組成Project HISTORY 聯盟。
就我所知,Toyota最早在2008年就與Ilika展開合作,或許因後來轉向發展硫化物固態電解質,雙方有可能結束合作關係。不過,Ilika執行長 Graeme Purdy 說,Project HISTORY 將提供被行業定義為最低限度可行產品的車用固態電池。
歐洲隊還有一家Blue Solutions,隸屬法國Bollore集團旗下公司,以鋰金屬固態電池為主產品,具備量產能力且可應用在電動巴士。鴻海去年也宣布與Blue Solutions 的加拿大公司合作,共同發展兩輪電動車專用的固態電池。
中國隊協同創新 將架大平台
這幾天中國宣布,將成立中國全固態電池協同創新平台,結合製造商、研究單位與政府機構,包括全球最大的電池廠商寧德時代 (CATL)與BYD 子公司FinDreams Battery,還有CALB、Svolt Energy Technology、 EVE Energy、Gotion High-tech,還有比亞迪 (BYD) 、蔚來 (Nio)等電動車廠加入。
中國有些電池廠商會採取發展半固體電池這樣的過渡路線,因為減少液態電解液就可以降低因外部撞擊或內部短路所引起的熱失控風險。所謂半固態電池是指添加的液態電解液比例低於10%,並可沿用現有製程。
目前,中國已經實現半固態電池量產的主要企業有:衛藍新能源、清陶能源、太藍新能源、贛鋒鋰業、國軒高科、億緯鋰能等,其中衛藍新能源在2022年已投產,贛鋒鋰業2023年初則偕同東風集團推出使用類固態電池的電動車。
我預測2030年將是全球電動車廠商,普遍性開始導入固態電池的時間點。因為根據我過往經驗,凡是實驗室宣布開發成功的電池產品,大約需要10年時間才可能做到商業化量產,更何況電動車這種關乎人命的應用,可能需要更久的時間。
目前,日本隊算是職棒大聯盟等級,實力最堅強、美國隊像是NCAA或小聯盟球隊、中國隊則是社會組球員由政府徵召湊成;歐洲隊看來是由業餘球員組隊,雖然各隊實力參差不齊,但眼前誰都沒把握可以拿下聖杯。
台灣隊 還在找總教練與經費
幾年前我就曾提醒,國內在固態電池的投資應及早做準備,並且需由政府出面整合組成國家隊,不是讓廠商單打獨鬥。檯面上目前雖有輝能科技、台塑新智能、鴻海集團與工研院衍生的愛國者綠能等團隊。但我看台灣隊目前像還在找教練與經費的階段,夠格集訓的球員只能自費努力鍛鍊。
輝能科技算是台灣隊的前鋒,採用氧化物電解質的類固態電池樣品,早已交付給汽車品牌廠商測試,已知合作對象包括 Mercedes-Benz、越南新創品牌 VinFast 等。目前除了準備在法國設廠製造之外,輝能也將與 VinFast 成立合資企業,在越南設立固態電池工廠。
除輝能科技已取得先機,鴻海集團投資的芯量科技則是從材料端進行開發,還有台塑集團也跨入這個領域,像台塑新智能結合明志科大、長庚大學的研發量能,今年固態電池的試驗線應可完成建置。
眼看豐田再度喊出2027年量產全固態鋰電池電動車,讓這場電池的聖杯戰爭越來越激烈,期望電池台灣隊能像台灣過去在緊要關頭總會出現幾位像王建民這樣傑出的球員。球是圓的,如果這是一場球賽,最後鹿死誰手、誰能贏球抱走聖杯還很難說,所以,台灣隊還是有機會的,只是動作非加快不可。
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