【電動時代・一】「超級電池」指日可待 探究電動車成本極限
「我們很有信心，未來可以設計並量產只需2.5萬美元的電動車……這是從我們創立公司之初就有的夢想。」美國電動車企業Tesla創辦人馬斯克（Elon Musk）在9月22日的「電池日」（Battery Day）說畢這句話，台下沒有響起掌聲，取而代之的是，如雷貫耳的汽車響按聲。受限於社交距離防疫措施，這些響按聲，都是獲邀進入會場的車主透過其駕駛的Tesla Model 3所發出的。
疫情改變了各行各業的生態。零部件供應鏈複雜、需要高密集的工人和技術研發團隊、極其依賴規模效益的汽車產業，在疫情下自然首當其衝──不過，唯獨Tesla好像對病毒「免疫」，股價自年初至今已錄得超過260%的驚人升幅。受Tesla帶動，美股市場的電動車企業跟隨受惠。中國兩間「造車新勢力」理想（Li Auto）和小鵬（Xpeng）今年先後在美國掛牌上市，連同兩年前登陸美國資本市場的蔚來（NIO），令一眾電動車股成為疫下牛市奇葩。顯然地，三大中國電動車企雲集華爾街，它們不會只滿足於中國市場。
汽車產業作為現代工業標誌，與綠色能源結合的蛻變轉型趨勢已沒法逆轉。問題是，積累了百年造車經驗的老牌車廠，它們準備好了嗎？
此為【電動車】系列報道第一篇。
7月1日絕對是汽車行業值得被記住的一天—成立才十七年的Tesla市值首度超越擁有逾八十年歷史的豐田（Toyota），成為全球市值最高的汽車製造商。
除了向在場股東宣布Tesla大放異彩的生產表現之外，馬斯克在9月22日的大會上提出兩項公司願景：第一是推動無鈷電池（cobalt-free battery）的研發，並計劃自家生產電池，打造真正屬於Tesla控制範圍以內的垂直生產模式；第二就是假以時日在無鈷電池技術的基礎上，量產售價能夠低至2.5萬美元（約19.4萬港元）的大眾型電動車款。
馬斯克提到的無鈷電池，是業界內公認的「超級電池」。只要無鈷電池技術條件臻致量產應用，車載電池的生產成本將會大幅下降，從而降低電動車整體售價，刺激大眾市場銷售，實現電動車普及化。
突破價格瓶頸 試研無鈷電池
現時所有電動車都是採用鋰電池作為車載電池，不過，各大電池生產商研發的鋰電池正極材料的「配方」各有不同，從而形成技術與價格競爭。
鋰電池正極材料的組成，決定了電池容量、安全性和壽命。最常見的電動車鋰電池由鈷、鎳、錳三元正極材料的金屬氧化物所組成，稱作「三元鋰電池」。其中以鈷元素的作用最為重要，其高能量密度的特性，讓它能夠在極小空間裏儲存大量能量，並防止電池過熱，保持多次充放的電池穩定性，從而確保電池在車輛行駛期間安全穩定，並能驅動2,000多公斤重的電動車行駛數百公里。
鈷元素除了材料特性得天獨厚外，其另一特點在於珍貴稀有—全球超過六成鈷儲量集中在位處非洲的剛果民主共和國，它是電池所用到的金屬之中最昂貴的一種。參考全球最大金屬市場倫敦金屬交易所（LME）的官方牌價，每公噸鈷價值達3萬至3.5萬美元。
「鈷被認為是戰略性的化學元素，它的蘊藏量有限……電動車產量在可見的未來將呈快速增長，我擔心最終會出現『鈷緊縮』（cobalt crunch）的狀態，鈷的供應完全追不上需求的膨脹。」專研電池技術的伯明翰大學（University of Birmingham）物理與天文學院教授兼法拉第研究院（Faraday Institution）研究員Gavin Harper向《香港01》說。
因此，若要突破電動車電池成本下限，需盡可能將電池含鈷量減至最低。美國製Tesla Model 3現時採用的電池已經成功將含鈷量大幅壓縮至少於5%。業界現在追求的是：在不犧牲車輛充電安全和續航能力的前提下，完全不使用鈷作電池材料。
今年初，中國電池製造商寧德時代與Tesla達成合作協議，為國產Model 3所提供的電池，就是屬於無鈷電池的磷酸鐵鋰電池（LFP）。因為採用了LFP電池，所以Tesla的中國版Model 3擁有下調價格的空間，以降低成本來提高Tesla在中國市場的競爭力。
Tesla現在與寧德時代合作研發的LFP電池是基於「cell-to-pack」（CTP）電池設計技術。Harper解釋，常規電動車電池的製造工序是先將多個單體（cell）調集成一個單一物理模塊（module），然後再將多個模塊組合成電池包（即直接嵌入車體的車載電池）。譬如Tesla最初的50 kWh標準續航版Model 3，就是採用了四個物理模塊組合成的電池包。但是，CTP技術可直接讓多個單體組合成電池包，省卻了當中的模塊組合工序。
「CTP的概念是盡可能減輕電池內部非必要的重量，同時發揮（用於驅動車輛的）最大電池能量。」 Harper說。
寧德時代聲稱，CTP能將電池包的能量密度提高10%至15%，電池佔用空間壓縮15%至20%，並將構成電池包的元件數量減少40%。這種設計還可讓電池系統加速散熱，從而令充電工作更高效。
除了寧德時代，各大電池廠商透過研究不同的電池材料配搭和精密機械技術，競相研發出成本更低、重量更輕、污染更少、續航能力更高的「超級電池」，形成電動車產業框架內一個重要的子產業競技場。跟電動車「母體」製造一樣，電池廠之間的競賽同樣激烈。目前，鋰電池市場主要由中國、日本和韓國的製造商瓜分（見下圖），LG化學、松下、寧德時代、三星SDI等都與全球各大車廠簽署了電池合作協議。
新品「循環設計」 有助廢品回收
為了降低電動車電池成本，除了調整電池的製造方程式之外，還有另一途徑，就是電池回收。
有份創辦Tesla並擔任首席技術官、現已離職的J. B. Straubel在2017年成立電池回收和電池材料公司Redwood Materials。該公司去年底與松下合作，在美國內華達州卡森市（Carson City）附近一處回收設施進行先導測試，目標是在今年內從Tesla的1號超級工廠回收可以產生超過1 GWh電力的電池廢料，為逾一萬輛Tesla供電。
Harper同意建立電池循環體系的重要性。他認為，車廠應從草擬車型藍本那刻就要有「循環設計」（Design for Recycling）的意識，將最終產品處置（end of life，EOL）納入車載電池設計的考慮因素當中。「以往有些車廠認為處理汽車廢品是其他人的責任，它們設計新產品時只需考慮如何迎合顧客—追求吸引的成本價格、效能、續航力等。但是，確保車廠在產品研發初期階段考慮EOL，有助我們更快過渡到鋰電池的循環再生經濟系統。」……
（節錄）
上文節錄自第237期《香港01》周報（2020年10月27日）《電池技術超前發展 駛進「電動時代」》。如欲閱讀全文請按此試閱周報電子刊，瀏覽更多深度報道。