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随着环保意识抬头、石油蕴藏量日益减少以及依赖石化燃料而加剧地球暖化等问题再度受到重视，近年来以电力取代石化能源逐渐成为时代的趋势，驱使全球电动车 (Electric vehicle, EV) 与储能产业的需求逐渐爆发。像电动车这类型的交通工具不但可大幅减少废气排放量，也具有降低噪音之优点，顾问公司AlixPartners预估，未来电动车数量将以每年至少1.6％的速度成长；彭博新能源财经对全球新售车辆更是预估，电动车与燃油引擎车之占比，至2040年比例将可望过半[1]。

电动车系以电池为储能及动力来源并由马达驱动之车辆。电动车依电力供给方式及所占的比例不同，可分为BEV（纯电动车）、HEV（混合动力车）、PHEV（插电式混合动力车）与REEV（增程序电动车）等类型；此外，尚有可由车体自行产生能量的车辆类型如燃料电池车或太阳能电池车等。以全球能源发展趋势来看，节能减碳是世界各国共同努力的目标，而纯电动车则是未来新能源汽车的主流发展方向。

基于近年来电动车产业迅速崛起，进而带动电动车辆产业链上中下游蓬勃发展。电动车辆产业链上游分为上游材料及零组件，上游材料包括电池材料、马达材料、车体材料之供货商；零组件诸如转子、静子、硅钢片、座椅、减速齿轮/板金、线束、车灯、避震器、弹簧、轮胎/轮圈等供货商。中游为零组件/模块总成，包括仪表总成、离合器总成、车架总成、煞车总成、电池芯/模块、电力组件/模块、电动马达/模块、电源供应器等供货商。下游为电动动力系统、电池管理系统、传动/煞车系统、充电/换电、车身/车壳/外装、马达控制器、发电机/启动马达/电动马达等供货商。整车车厂为电动汽机车之供货商。国内电动车辆产业链地图如图1所示。

对电动车而言，最重要也最昂贵的零件就是电池，占总成本约四成，电池可说是是电动车的心脏，一点都不为过。谈到电池材料，我们必须先了解整个电池的分类。依据电能产生的方式，电池广义上可分为化学电池、物理电池和生物电池三大类，目前各领域应用最广泛且已普及商用化的是化学电池，在电动车领域也不例外。化学电池又依据能否藉由充电回复电容量以及产生能量的形式来分类，可分为一次电池、二次电池(或称蓄电池)及燃料电池三类(图2)。化学电池是一种能将化学能转变为电能的装置，主要包括电解质溶液以及浸入溶液的正负两个电极。使用时，将导线联接正负两个电极，即有电流通过(放电)，因而获得电能，其反应的原理是使用电化学反应来达到能量的储存与释放。当放电到一定的程度后，电能减弱时可经充电复原而再使用者，称做蓄电池 (二次电池或可充电电池)；而不可充电复原者，称做一次电池(原电池)。各分类简述如下：

(1) 一次电池：是指只能使用一次就必须丢弃，无法经由充电回复容量，如一般常见的干电池(碳锌电池)、碱性电池以及水银电池(汞电池)等。

(2) 二次电池：是指可藉由充电回复蓄电量而可重复使用，不过仍旧有一定的使用次数限制，例如第一次可以充电到 100%，但是第二次只能充电到 99%，充电的次数愈多则愈无法完全充饱，当充电次数达到某一个程度，就无法使用了，这类型电池包括铅酸电池、镍氢电池、镍锌电池、镍镉电池、锂离子电池等，不同的二次电池会有不同的使用寿命。

(3) 燃料电池：燃料电池本身并非蓄电池，它是利用氢和氧作用下的化学能来转换成电能驱动车辆使用。就环保而言，具有发展前景。不过就当今市场而言，燃料电池汽车很多技术还亟待解决且造价相当高昂，目前仍不普遍，若要商业化，还有许多难关待克服。例如目前可量产出的乘用车的功率过低 (丰田Mirai的功率也仅115千瓦) 且体积非常大，乘用车的空间根本容纳不下。

由于一次电池不符环保需求，燃料电池现行技术体积过大、不适用乘用车空间，从而具有可重复充放电的蓄电池 (或称二次电池) 受到重视，在各领域的需求量逐年增加。常见蓄电池的种类包括铅酸电池、镍氢电池、镍锌电池、镍镉电池、锂离子电池等等，其中锂离子电池除了可重复充放电之外，其兼具有能量密度高、重量轻、高电压值、寿命长等优势，成为现今蓄电池的主流，更被广泛地应用于各种载具，如电动脚踏车、电动汽机车等，以作为主要动力来源。

在技术发展的过程中，汽车业者曾经采用了不同种类的蓄电池，但基于成本和技术上的考虑，目前绝大多数蓄电池都已经被市场所淘汰，现在市场上主流的蓄电池主要以锂离子电池为主，少数用的是镍氢电池(例如丰田)。电动车已为本世纪最重要的工业产品之一，各大车厂更是看好电动车市场前景，纷纷加速新型电动车开发，锂离子电池需求大增，成为电动车能源的首要选择。

锂离子电池顾名思义是藉由锂离子(Li＋)的传递来储存或释放电荷的电池，其充放电运作原理，主要是藉由锂离子在正负极材料间的迁入与迁出来完成。一般而言，充电时电子 (e–) 充入负极材料端，正极材料端则放出锂离子(Li＋)，其经由电解液传输并穿过隔离膜抵达负极后，进入负极材料内部储存，这些储存于负极材料内部的锂元素就是能量储存的形式。放电时则是相反的过程，锂离子(Li＋)由负极材料内部迁出，并透过电解液的传输，通过隔离膜后回到正极材料，电子(e–)则流经外部回路驱动电子产品后，回到正极处与锂离子(Li＋)结合。

图3. 锂离子电池充放电运作原理示意图[2]

图片来源：芮嘉玮绘制

锂离子电池材料主要的组成包括正极材料、负极材料、隔离膜与电解液等四大材料。一般而言，锂离子电池正极材料包括钴酸锂 (LCO)、三元材料 (NCM)、锰酸锂 (LMO) 和磷酸铁锂 (LFP) 等材料；负极材料包括碳、石墨、中间相碳微球、锂金属、钛酸锂、硅等材料。隔离膜的组成多是高分子材料，其必须是电子的绝缘体以及离子的导体，以避免正负极材料间互相接触造成短路。

电池、马达及电控共称电动车「三电」系统，为决定电动车性能关键要素。其中电池技术是否革新将影响电动车能否普及，尽管锂离子电池已公认是现行电动车市场的主流电池，但大多数电动车仍有续航力不足300英里、充电需一个多小时、电池容量在十年内损耗近三分之一等缺点；并因使用易燃的液态电解质而构成安全风险。这些都是锂离子电池首要挑战和亟需解决的问题，从而锂离子电池技术研发的下阶段目标是开发出能容纳更多锂离子（高容量电极材料），或者能让锂离子更快速迁入迁出（快速充放电）的材料，并朝向更安全、续航力强、更长寿、充电速度更快的方向发展。近来市场上开始有使用固态电解质之固态电池的革新技术，甚至威胁到特斯拉遍布全球的超级充电站的竞争优势，但其制造仍面临诸多实行上的困难。电池作为电动车的心脏与动力来源，全世界都在观察这场电动车电池大战态势的发展，让我们拭目以待。

刘光莹，全球电动车大商机，台湾也吃得到？天下杂志668期，2019年3月11日。
黄昱叡、黄俊翰、郑尹玮、刘全璞，锂离子电池负极材料，科学发展第564期，2019年12月，页12。