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作者 Penny Liao
更新日期 April 25, 2023

累計至2022年底,中國電化學儲能以鋰離子電池佔九成大幅領先其它二次電池,至於鋰電池為何得以在儲能產業中脫穎而出,此文以儲能常用的鋰電池、鉛酸電池及液流電池三種儲能常用的電池從電池性能及商業化角度兩個方向深入探討。

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關鍵一:電池性能

表一:二次電池性能比較
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以電池性能方面來看,首先如表一所示,鋰電池的工作電壓、能量密度與能量效率都高於鉛酸及液流電池,使用年限也較長,所以在儲能的商業應用上可以更加廣泛,例如鉛酸電池由於能量密度較低,比較不適合應用在需要短時間支援大電壓的功率型儲能上,而液流電池由於體積大,所以要建置大容量儲能需佔據極大空間,相比之下,鋰電池的屬性與儲能的需求會較為相近。

此外,儲能多數是搭配綠色發電設施,而鉛酸電池中的鉛是重金屬,如未妥善處理會對環境以及人體造成極大危害,與清潔能源的本意背道而馳,雖然鉛酸電池的價格較低廉,但是嚴重的自放電效應、較低的充放電次數及使用年限讓它無法在儲能領域中大放異彩。而液流電池應用於儲能不如鋰鐵電池廣泛的原因可以從電池商業化的角度檢視。
 

關鍵二:電池商業化程度

鋰電池問世之後許多中、美、日、韓以及歐洲廠商看到商機紛紛開始爭奪專利,申請量從2006年開始急遽成長,但由於日韓的景氣因素以及美歐地區有限的需求與專利限制,讓磷酸鋰鐵電池的佈局多在中國,加上2011年中國實施專利豁免,免去位於中國當地生產和銷售的廠商專利授權費用,此舉讓中國磷酸鐵鋰電池行業發展迅速,2015年,中國佔據全球消費性鋰電池市場的一半,同時許多消費性鋰電池製造商轉型應用到電動車,截至2022年,中國鋰鐵電池和正極材料在全球市場市占幾近100%,在大量生產以及技術不斷提升的過程中,同時也讓鋰電池的成本逐年下降,中國於鋰電池產業競爭優勢日益強大。

至於液流電池儘管循環次數以及使用壽命比較大,現在仍處於技術開發以及商業化初期,因此所需要投入的初始成本為三種電池中最高,目前最接近商業化的液流電池為全釩液流電池,但因為釩的價格昂貴,加上產業鏈的不完整性,使釩液流電池應用在儲能的初始投入成本為鋰電池的1.5倍,讓許多企業寧願選擇初始成本較低的鋰電池。現階段也有許多海外企業投入大量資金開發並拓展液流電池產業鏈,希望能拓展液流電池的應用,不過由於液流電池產業結構較鋰電池更為廣泛且複雜,包含上游原材料、各類輔材及電解液等,都需要以年為單位的開發過渡階段,一旦產業鏈建立完整,因為電池性能的差異,在儲能的應用也會與鋰電池有所不同。

總結來說,儲能發展的路上正好遇到鋰電池發展的成熟時期,使其應用以鋰電池最為廣泛,而液流電池商業化程度起步的比儲能發展晚,再加上需克服安裝空間以及成本相對較高的課題,因此在儲能領域上的應用較無鋰電池來的廣泛。
 

鋰電池是否會持續火熱?

由於鋰電池的性能優勢以及商業化的時機早,大量生產的同時也會具有成本優勢,在未來幾年仍會是主流,而2022年鋰鹽價格的高漲讓許多具有潛力的電池也浮出水面探討其未來商業化可能性,以目前儲能市場來說,現階段全球平均儲能時長為二至四小時,而市場也正在往四小時以上甚至更長的儲能發展,屆時若有更強力的政策規範要求長時間儲能的安裝,便會直接拉高下游需求,也會有助於帶動液流電池供應鏈完善發展的速度,但在近期鋰鹽價格回落且邁入下行通道後,其他位於商業化及性能開發初期的電池競爭力仍不明朗,據瞭解目前驗證的數據也並未超出業界的預期,因此InfoLink認為近幾年儲能仍會以鋰電池為主流。

至於鋰鐵及三元電池之間並非完全處於互相競爭市場,兩者各有優點,鋰鐵成本低、安全性高,具有價格優勢,其應用以削峰填谷為主,而三元能量密度高、續航力長,相對成本也較高,適合用於需要緊急反應的功率型儲能,InfoLink認為三元電池仍有開發空間,未來若獲得更高的技術突破,三元電池的度電成本有望低於鋰鐵電池,不過由於兩種電池材料之間特性上的取捨,未來差異化的應用發展走向將更為明顯。

2023 全球鋰電池供應鏈數據庫

數據庫報告涵蓋全球鋰電池市場供需情形,深入儲能領域的電芯環節,統計各企業的產能、產量、出貨等細部數據。

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