能源元件產業

能源元件產業係指電池製造之上中下游關聯產業，電池主要由三個元件組成，分別是電池芯、機殼與電源控制板。能源元件上游主要為電池原材料廠商，包括電極、電解液、隔離膜、罐體等原材料供應商；中游為電池芯；下游為電池模組廠商。目前熟知的電池種類有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池、磷酸鐵鋰電池，其中鋰電池有四種，分別是磷酸鋰鐵、三元電池、鈦酸鋰電池與固態電池。

鉛酸電池是發展最早、生產最為成熟且量產的產品，因成本低，有瞬間放電強、使用溫度範圍廣的特點，但在能量密度、體積、重量與循環壽命表現不佳，因此鉛酸電池多為汽機車與工業設備的蓄電系統為主。而鎳鎘電池能量密度與壽命較鉛酸電池好，可達到大電流放電與耐過充電/過放電，但因有記憶效應，無法達到快速充電的目標，又鎘的毒性強，易造成環境汙染，加上每次充電前要確定已將電量使用完，是最早的一種手機電池，目前看不到。

而鎳氫電池待機時間比傳統鎘鎳電池長，放電迴圈次數多，放電深度與使用壽命佳，但仍有記憶效應的缺電，需在電力用完後再充電，才能延長電池的壽命，惟因充電速度緩慢，其能量密度、高温特性皆較鋰電池差，無法做到輕薄，因此3C產品中已漸漸被鋰電池取代，但其較廉價，故多應用於電動腳踏車、油電混合車等動力使用；鋰電池是以鋰金屬作為陽極活性材料的電池，因鋰金屬具有較負的電位值與密度小的特性，所以搭配上適當的陰極便可構成具有高重量能量比、高放電電壓、放電電壓平穩、自放電率小、儲存壽命長、工作溫度範圍廣(-20~50℃)以及低溫性能佳的良好電池；鋰電池可以為一次電池也可以為二次電池。

最早「鋰電池」指的是內含鋰金屬的一次性電池，但由於此種電池鋰金屬的能量密度極高，後來改進為鋰離子二次性電池(電量放盡時為鋰離子，滿電量時結合為金屬鋰)，鋰離子電池不含有金屬態的鋰，並且可以充電，可極大的滿足消費者的需求，可藉由充電重複使用，廣泛應用在各種電子3C產品上如手機、數位相機、筆記型電腦、平板等等。

磷酸鋰鐵（LFP）電池，是使用便宜的鐵，不含較昂貴的鎳和鈷材料，具有成本較低的優勢，而在歐美廣泛使用的鎳鈷錳電池則是能量密度較高，但造價較貴。磷酸鋰鐵是一種使用鋰離子電池的正極材料，碳作為負極材料的鋰離子電池，也稱為鋰鐵電池，能量密度低於普通的鋰離子電池，但它具有更好的安全性、更長的壽命、更耐高溫和更低的成本，高放電功率、免保養、可快速充電且循環壽命長，在高溫與高熱環境下的穩定性高，由於磷酸理鐵電池能量密度低，低溫性能差，但近年技術升級且被優化，已開始被電動車大量採用，尤其特斯拉宣布電動車要改採磷酸鋰鐵電池，台廠布局磷酸鐵鋰電池多年，現階段台廠可以藉此機會建立台灣的電池供應鏈，而護國神山台積電也計畫2030年前把不斷電（UPS）、高效能運算電腦機房的供電電池，全面換成磷酸鐵鋰電池，無疑替鋰鐵電池再度注入一劑強心針。據估計，2030年磷酸鋰鐵電池的市佔率激增至30%，而鎳鈷錳電池的市佔率則從70%銳減至30%。

鋰是製造電動汽車和家庭儲能電池的關鍵礦物，不僅用於電動汽車電池，並用於家庭太陽能存儲和大型電池，由於鋰需求超過供應，因其重量輕而受到電池製造商的高度青睞，鋰價格先前創下歷史新高，因鋰礦全球需求大增，包括澳洲在內等生產國，皆紛紛加入鋰礦開採，尤其大陸新能源汽車和儲能產業快速發展進而帶動碳酸鋰等材料價格不斷上漲，

由於大陸新能源汽車連續翻倍式增長，刺激產業鏈中游產能成倍擴張，而鋰資源供給增長較慢、明顯滯後，導致鋰市場階段性的供不應求而價格飆漲。電池級碳酸鋰價格在2022年11月每噸曾經逼近60萬元人民幣，但隨著2023年終端需求增速明顯下降，產業鏈反向清理庫存，呈現市場供應過剩，隨著碳酸鋰價格下跌，中游電池廠商集體進入清理庫存階段，目前碳酸鋰止跌回升到每噸20萬人民幣，部分車商也在進行產品的價格調整。隨著綠能環保與ESG議題日趨重要，廠商在電池材料選擇上也都會兼具環保概念為優先考量，而磷酸鋰鐵電池與過去的鉛酸電池，雖然都是充電電池，但鋰鐵安全、無汙染、壽命長、自放電率低、溫度佳、體積小且重量輕，光壽命就較優了，且每年可減少6成以上的電池汰換量，更重要的是，鋰鐵電池淘汰後，仍可用於儲能系統2次應用，挼法使用可透過回收拆解將材料重複利用，有助資源循環，這也是現階段大廠挑選的主要目的之一。

鋰電池商業化已30年，每年都有數以萬計的手機、筆電等3C產品，加上電動車、綠能儲能等新興需求推升鋰電池的爆炸性成長。目前鋰電池需求仍處於供不應求的狀態，傳統第三季是電池材料業的出貨旺季，隨著疫情後遠距上班與視訊會議將成常態，筆電與平板也仍為相當重要的產品。

一、上游：

電池芯的主要原材料包括電極（含正極與負極）、隔離膜、電解液及罐體等四部分。原材料約占全部製造成本的六成以上，其中又以電極(占比約26%)、隔離膜(占比約23%))與電解液(占比約15%)為主要材料成本。目前全球電池之上游原料主要由日本廠商掌握，包括日亞化、日立化成、三菱化學、及日本電工等。

正極材料一般以錳酸鋰(LiMn2O4)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)、鎳鈷鋰(LiNiCOO2)三種為主要材料，在正極活性物質中再加入導電劑、樹脂粘合劑，然後塗在鋁基體上；而就優缺點而言，鋰鈷最為普遍，不過原料來源缺乏；而鋰鎳的重量能量密度最高，可惜安全性差；鋰錳價格最便宜，但能量密度及高溫之熱穩定性差；因此以磷酸鐵鋰為主流材料，其同時具有鋰鈷、鋰鎳和和鋰錳的優點，且不含鈷等貴重元素，具有成本低、無毒、高功率、高容量的優點，兼具安全性與環保，漸成主流。之後特斯拉採用鋰鎳鋁正極的鋰電池上游材料的自主掌握是影響電池性能最重要的關鍵零件，故自主掌握程度將成為國內業者發展鋰電池最迫切的需求。其中鈷金屬約佔正極材料成本約15%，而鋰高分子電池中的正極鋰鈷材料(LCO），鈷金屬約佔正極材料成本高達50%，而智慧手機、筆記型電腦都需要鋰電池，因此應用越加廣泛，但在歐美升息導致全球經濟減速的背景下，鈷用於電動汽車採用的「三元鋰電池」的正極材料也因需求放緩而價格下滑；不過個人電腦等的電池也使用鋰和鈷，以消費類為中心的工業生産的放緩正在廣泛拉低需求。且疫情後已重構全人類生活型態，藉由居家和遠距辦公催生了筆電和平板電腦的需求，使鈷在電子產品消費領域的需求上升，且5G智能手機的普及率上升也帶動了對相關金屬的需求；又5G手機比4G的電池容量更大，因此每台設備上需要用到的鈷也更多。(拉低需求和後用藥的鈷也更多，請順一下~)

原物料市場中，鈷比鎳的價格超出一倍以上，鈷和鎳都是生產電動車電池需要的原料，觀察目前全球電動車動力電池的主要供應商，以中國寧德時代、韓國LG和日本松下為主；目前主流的兩大電池材料陣營為三元電池、磷酸鐵鋰；三元鋰電池是以鋰離子二次電池的正極材料為命名，其材料包括鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰等三元聚合物。由於正極材料又佔鋰電池成本五成以上，從鋰電池的正極材料來看，大致上分成三大類:鈷酸鋰、磷酸鋰鐵與三元材料；三元指的是「鎳鈷猛」或「鎳鈷鋁」三種金屬元素聚合物，依不同調配比例而來，能量密度高、循環性好事其最大優勢，也是目前電動車主要採用之電池。雖然三元電池在能量密度、電壓強度和續航里程上，相比磷酸鋰鐵都更勝一籌，但三元電池中的鎳、鈷原料在高溫環境下結構不穩定，容易爆炸，又因疫情與烏俄戰爭引發原料缺貨上漲，因此鎳鈷的原料與生產成本更高，更不利電動車普及；而磷酸鋰鐵透過技術升級不斷優化，已廣被電動車廠採用。

而負極材料以碳材料為主，又分為石墨系與焦碳系，石墨系的重量能量密度高且材料本身的結構具有規則性，具平穩電壓功能，適用於充電器及3C電子產品。鋰離子需要電解質做為傳輸介質，因此需要電解液當作傳輸介質，但主要供應廠商為日商。而隔在正極和負極中間的膜片就是隔離膜，其主要作用就是讓離子通過並且阻隔原子，隔離膜的產品毛利率可維持在50%，附加價值相當高。其他電池相關材料還包括高性能的電池儲能材料（例如氧化鈷、氫氧化鈷、混和金屬氫氧化物、硫酸鎳等），以及太陽能電池的邊框填縫耐熱膠與灌注防潮等材料。鋰離子電池原材料因技術門檻高，臺灣地區目前除了罐體、導電碳以及少部分的電極材料與隔離膜由國內廠商生產，大部分電池芯之原材料仍需仰賴進口，以日韓為主，生產正極材料的日本廠商主要是日亞化、日本電工、住友金屬礦山、戶田工業等；而國內廠商則是有康普、美琪瑪、立凱ＫＹ、長園科、台塑鋰鐵材料等。中國則在正極材料占有領導地位，主要業者包括寧波杉杉股份、當升科技、廈門鎢業、天津巴莫、湖南瑞；故自主供應比重低於30%，而負極材料供應比重15%。

二、中游：

電池芯的製造流程係經由混合、打漿、塗佈、乾燥、輾壓、分條等製作出正負兩極，再經組裝、灌電解液、封罐後產製完成。電池芯廠的量產規模與良率是競爭力來源，因電池芯的投資設備昂貴，毛利率僅落在兩成左右。由於電池芯主要的供應來源一直是日韓廠商，包括日本Sony、Panasonic、Maxell，以及韓國Samsung、SDI、LG等，中國廠商如寧德時代、比亞迪、比克、力神、欣旺等，然而因中國是全球最大新能源汽車市場，進而促使鋰電池廠商快速崛起，2023年第一季全球電動汽車動力電池裝車總量中，全球動力電池龍頭、中國動力電池製造商寧德時代以35%的市占率排名第一位居榜首，比亞迪超越LG新能源，市占率升至16.2%排名升至第二，裝車量分別為46.6GWh和21.5GWh，分別年增35.9%和115.5%。其後依序為LG新能源、Panasonic、中創新航、SK on和三星SDI；中國、韓國業者就涵蓋逾6成市場，因此預估電池業的新賽局裡，台灣應儘速把握提升國際競爭力與能見度的機會。

臺灣對電池芯的採購需求相當龐大，但產能與品質相較於日韓廠商仍有差距，又電動車的心臟是電池，故國內水泥龍頭台泥、石化產業龍頭台塑、電子代工龍頭鴻海都宣布蓋電池芯廠；台泥旗下能元科技，研發製造可充式「MOLICEL品牌」的電池芯，其生產的三元電池具備高能量密度的特性，應用在高階無線吸塵器，也適用於電動車。鴻海在高雄打造「台灣電芯研發暨試量產中心」，生產磷酸鋰鐵電池、年產能1GWh，最快2024年導入電動巴士、乘用車及儲能應用。台塑新智能透過子公司「台塑尖端能源」投資超過160億元，在彰濱工業區建立全台最大的5GWh磷酸鋰鐵電芯廠，打造完整的國產電池產業鏈，未來台塑生產的電芯，價格將比各國更具有競爭力；國內各大集團有志一同加速電池產業布局，將有助於帶動本土電池供應鏈生態系產生。

鴻海也攜手國內電池材料業者如中油、中碳、榮碳、碩禾、明基材料等合作，希望能在台建立一條龍電芯產業鏈。希望能將整個電池產業鏈從上游的材料、中游的電芯到下游的電池包都在地化完成，並以台灣電池產業鏈做出來的電池供應給採用MIH規格的電動車，加速台灣整體電動車產業發展。

目前國內鋰電池相關產業已逐漸成熟，在電池材料領域都已進入Tesla供應鏈，且國內電池芯業者擁有的優異技術極具國際競爭力，期望台廠能再度以台灣之光揚名國際。又各大電池芯廠都已進入規模經濟的資本戰，台灣不易與國際大廠進行PK，台廠只能針對技術或材料做高彈性調整、客製化的方式進入電池芯產業。

三、下游：

位於下游的電池模組就是電池芯加上廠商所設計的電路板組合而成，智慧型電池模組管理與電池老化壽命偵測技術將是勝出關鍵；電池模組可分為單顆電池模組及串併聯電池模組，許多國外電池芯大廠亦同時生產電池模組，如日本的SONY、Panasonic、韓國的Samsung、LG，以及中國大陸的比亞迪、比克、力神等；下游的應用主要包括手機、筆電、數位相機、電動工具機、電動自行車、電動車等等，臺灣的電池模組產值於全球市占率在四成以上，應用多以3C產品為主；目前臺灣電池模組廠商多以供應筆記型電腦電池模組為主，使用鋰鈷或鋰高分子電池芯，以4到10顆電池芯串併聯組成電池模組，但隨著手持式裝置的體積逐漸以輕薄小為考量，估計未來市場都將會以單顆電池為主流。電池模組中設計良好的晶片，將可使電池使用更為耐久，且完成防止電池過熱與爆炸的危險，其獲利性較電池芯略高。

目前全球筆記型電池模組主要由臺灣、日本與韓國廠商供應，臺灣廠商以研發、生產及成本優勢，穩占筆記型電腦應用鋰電池模組市場，隨著筆電與手機市場成長趨緩，目前臺灣廠商轉向於主攻消費性電子產品之市場，但市場規模仍小。因此台廠積極朝向車用領域發展，因此現階段在發展車用鋰電池智慧管理模組、電動車電池模組的研發實力與產品品質，已相當受到國際車廠的肯定，包括德國BMW、法國MicroCar與中國大陸諸多車廠等，都是臺灣廠商合作的夥伴。

隨著電池技術不斷進步，電動車成本降低，如此龐大商機，吸引不少電池相關業者投入，也都有相關的擴廠計畫。也因電動車普及、再生能源、智慧電網等應用的推陳出新，鋰電池在能量密度、循環壽命、續航力、成本、安全等面向都須滿足更高規格的要求，故汽車大廠、工業集團都積極投入下世代電池的研發。而下世代電池的有兩種，分別為定置式儲能如家庭、工商、電網的儲能系統；以及移動式儲能，如電動車、電動機車、電動巴士等，而電動車的爆發力又最強且商機最大。

臺灣在鋰電池產業布局近乎完整，上游因專利卡位與技術材料不足而掌握度較低，發展速度較國際緩慢，但廠商正致力改良材料，研發鋰電池正極材料與電解液，將可突破障礙。若國內廠商若能上下游相互整併合作，充分利用國際市場來強化自己，與歐美客戶整合，雖沒有完整的產業鏈，但臺廠仍然在電池產業找到新的機會點。目前鋰電池的成本優勢已與燃油車相近，顯示鋰電池將在運輸電氣化的過程中，扮演關鍵推手，但因鋰離子電池的電解液是液態有機溶劑，易被點燃導致安全問題；隨著充放電次數增加，電池壽命較短。又鋰金屬在液態電解液進行電池充放過程中會生成鋰枝晶（Lithium Dendrite），穿過隔離膜觸及正極，易造成電池短路甚至爆炸，因此固態電池成了儲能的新希望。

固態電池即是以固態電解質來取代液態電解液，增加高能量電池的安全性，使得固態電池能量密度達450～500Wh/kg，是傳統鋰離子電池的能量密度180（鋰鐵電池）～250Wh/kg（鋰三元電池）的2倍，且兼具高安全性與不漏液的優點，固態電解質可抑制材料反應，不易燃燒、並可延長電池壽命；固態電池較輕，相同電容量的固態電池，重量僅為鋰離子電池的一半。又鈦酸鋰電池也是技術門檻高，其優點是安全、壽命長，充放電次數達萬次以上（一般市售三元電池約2,000次），但鈦酸鋰缺點是能量密度低，主要應用在軌道交通，尤其是重視安全性的儲能、電動巴士、軍事船舶可應用。

隨著氣候變遷與淨零碳排的趨勢正夯，再生能源與電動車是各國重視的綠色政策，因此高規格的儲能系統更受重視，而未來固態電池將成為儲能領域的新寵，預計未來5到10年內固態電池將走向商業市場；目前國際大廠已紛紛投入研究，而臺灣也沒有缺席，預計2030年將邁向全固態電池。

台灣因經濟規模受限，但隨著供應鏈的重新洗牌，以及台灣更多的資源與人才投入，可繼續成為在科技製造能量上發光發熱。