全球锂离子电池与材料产业发展概况

呂學隆台灣工業技術研究院產業經濟與趨勢研究中心2011年10月22日 全球鋰離子電池與材料產業發展概況 市場與技術趨勢第29屆全國化學與物理電源學術年會報告 2 報告大綱 3 ITRI Wheretaiwan shigh techbegan Taipei Hsinchu Kaohsung ITRISouth CarbonFiberBicycle HandheldElectrocardiogram ICChips DVDPick upHead TFT LCD ICPhotoresist AutomotiveEngine ITRILaunchedTaiwan s1stProducts HsinchuSciencePark Tainan SouthernTaiwanSciencePark ITRIexcelsatMultidisciplinaryResearchCreatingPrototypesCommercializingInventionsForgingPartnership 4 ITRI sorganization ITRICollege ITRISouth CoreLabs Technology Innovation Electronics OptoelectronicsInformation CommunicationsMechanical SystemsMaterial ChemicalGreenEnergy EnvironmentBiomedicalTechnology Device IndustrialEconomics KnowledgeCenter IEK CreativityLabNanotechnologyResearchCenterCenterforMeasurementStandardsTechnologyCenterforServiceIndustries LinkageCenters Industry oriented DisplayTechnologyCenterServiceSystemsTechnologyCenterCloudComputingCenterforMobileApplication FocusCenters TechnologyIntegration TotalStaff 5 736 with1 127havingPhDdegrees TotalPatents 10 349 AsofMay4 2010 Start Ups 160 AsofMay4 2010 InternationalBusinessTechnologyTransferCommercializationandIndustryService BusinessDevelopmentUnits Paper thinFlexibleLoudspeaker STOBALithiumBatteryMaterial2009R D100Awards 5 Weactas Consultant Advisor PilotofTechnologyForesight ProductStrategist MarketIntelligenceDatabaseProvider Government sThinkTank 鋰離子電池 各項電子產品必備 儲能產業要角 資料來源 工研院IEK 2011 10 6 鋰電池現有主要應用仍以消費性電子為主 7 應用中NB 手機兩大宗佔比例最多 其次為工具機 數位相機 隨身多媒體播放器 遊戲機 數位錄影機等以2010年電池芯出貨量觀察 其他產品由平板電腦 58M 寬頻與通訊設備 53M 藍芽裝置 49M 個人導航裝置 49M 電動機車 自行車 48M 醫療器材 30M 可攜式DVD 17M UPS 5 7M 及其他產品 154M 構成考量該區隔市場的使用量未來消長 觀察下游市場需求消長及使用型態改變 資料來源 工研院IEK 2011 10 單位 百萬顆cell 長期全球二次電池市場展望 新能源汽車 過去需求在3C 但EV為產業新契機 自1994年鋰電池開始進入3C市場後 因其技術優勢快速成為可攜式電子主流台灣材料廠商在2000年後開始投入 但未有效拓展市場EV因基期低與單位使用量大而受期待 且可望以鋰電池取代其他電池 資料來源 IIT 工研院IEK整理 2011 07 8 9 車用動力電池需求伴隨EV市場成長 資料來源 工研院IEK 2011 07 全球EV用動力電池市場規模 MWh 20104 52GWh 201524 6GWh 202077 6GWh 全球EV市場規模 萬輛 不同EV型態電池電容量影響電池市場規模HEV 1kWhPHEV 10kWhBEV 24kWh 2011 旺季不旺 成長不如上半年樂觀 資料來源 IIT 工研院IEK整理 2011 10 2010業界與市場評語 Notsobad 20 30 成長 需求反彈 一掃2009年陰霾 但18650出貨在H2趨緩 方型 Pouch維持成長2011年 預測約為43億個 YoY下調至個位數成長著眼於消費型電子產品下游需求不振 至第三季 產業鏈悲觀預期而調低手中庫存 10 電池應用型態依應用市場有所不同 11 資料來源 工研院IEK 2011 07 圓柱形18650電池過往因筆記型電腦應用而為最大宗 但近年成長停滯 平板電腦 輕薄型NB代表的應用需求轉變方形電池仍為手機應用型態最大宗鋰高分子 polymer 應用需求數量逐漸增加 單位 百萬顆cell 12 軟包裝電池產值 產量逐年增加 單位 百萬瓦時 MWh 需求量YoY均有13 42 不等之成長2010年前三大應用為 1 筆記型電腦 單位電量需求大 2 智慧型手機3 平板電腦 資料來源 工研院IEK 2011 10 13 軟包裝電池與圓筒型18650規格供需曲線比較 資料來源 工研院IEK 2011 07 單位 百萬顆Cell 14 價格上趨勢緩跌 地震後變動已逐漸緩解 單位 USD cell 5 年減率 2009 2011年18650型鋰電池市場均價 資料來源 IIT 工研院IEK整理 2011 10 2011年全球鋰電池芯廠產量排名 37 7 40 3 19 7 15 資料來源 IIT 2011 10 鋰電池主要材料廠商2011年H1市占率 16 資料來源 工研院IEK 2011 07 17 18 NB成長停滯 平板電腦興起帶來之電池討論熱潮 單位 百萬台 近年全球筆記型電腦市場規模 資料來源 工研院IEK 2011 10 NB應用之18650供需與未來量價值趨勢 平板電腦polymer電池供應吃緊 方型鋰電池的角色 平板電腦熱潮能否持續決定電池型態需求 平板電腦屬於新市場還是NB 智慧型手機的替代性競爭產品 If新市場 鋰高分子電池應用需求數量逐漸增加If替代性競爭產品 對電池廠商來說不見得有利 資料來源 工研院IEK 2011 10 單位 百萬顆cell 鋰電池應用於平板電腦每季出貨數量 19 20 平板電腦原則上仍朝向輕薄V S 高電容量需求發展 資料來源 LGC 2011 10 資料來源 工研院IEK 2011 10 21 Ultrabook的概念 造成軟包裝電池需求成長 AsusUX21 SonyVAIOZ AppleMacBookAir13 由產品需求系統觀點看電池在整機中角色 22 資料來源 IntelDevelopmentForum 2011 08 23 由產品需求系統觀點看電池在整機中角色 資料來源 IntelDevelopForum 2011 08 24 行動電話市場需區分Smartphone及Featurephone 資料來源 工研院IEK 2011 10 單位 百萬台 年 全球行動電話市場出貨量 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 200620072008200920102011 e 2012 f 1Q102Q103Q104Q101Q112Q11 0 20 40 60 80 100 120 近年智慧型手機市場每季出貨量 單位 百萬台 季 25 主要汽車廠與電池供應商合作模式分類 資料來源 工研院IEK 2011 07 材料供應廠商在供應鏈垂直整合趨勢下仍保有獨立地位從另一角度觀察 仍需要下游 電池廠 車廠整合體 角色的出海口如何吸引出海口合作 產品品質 價格 配合程度 電池應用型態與廠牌分析 26 150款已上市 至2014年將上市電動車電池技術區分 資料來源 工研院IEK 2011 07 27 近年來四種鋰電池主要材料技術演進 28 資料來源 工研院IEK 2011 06 3C市場V S 車用市場的材料需求思維 一 3C市場V S 車用市場的材料需求思維 二 混合電動車代表 GMVolt 31 資料來源 GM 工研院IEK整理 2011 07 32 電池模組成本 USD 0 987 Wh 資料來源 IIT 工研院IEK整理 2011 07 純電動車代表 NissanLeaf 電池電壓345 6V 300Kg重 33 資料來源 Nissan 工研院IEK整理 2011 07 電池模組成本 USD 0 693 Wh 資料來源 IIT 工研院IEK整理 2011 07 ToyotaPriusAlfa 電池模組成本 USD 1 322 Wh 35 資料來源 IIT 工研院IEK整理 2011 07 36 實驗階段 生產線試作階段 產品成熟期 產品需求成長期 依技術成熟期不同區分之正極材料體系 資料來源 Umicore 工研院IEK整理 2011 06 三元系正極材料佔有率及重要性提升 BASF提出之三元系NCM 111正極材料 粒徑 6 13 展出材料差異以粒徑與含鋁 Al 元素多寡區分強調較佳電容量 較LCO多20 與LMO相同的熱安全性表現高於LMO25 之充放電循環壽命 JFEMineral提出之三元系正極材料系列 資料來源 工研院IEK 2011 06 37 負極材料 碳系材料與合金 化合物互有消長 38 資料來源 工研院IEK 2011 06 負極材料 石墨系改質與合金系兩大方向 住友金屬 整合研發能量 Hitachi Maxell 合金系負極材料 利用碳覆蓋SiO的粒子以提高導電性 再與原來的石墨混合 單位容量的價格與人造石墨相當放電容量比石墨增加20 充電時間縮短30 以上 首先以智慧型手機等高單價消費型電子為主要市場仍須注意充放電過程中體積變化大而使充放電週期壽命較短之問題 其他相關技術動向鋰鈦氧化物 Li4Ti5O12 LTO 東芝主導開發 具有較高電位與較佳安全性 但放電電壓也較低 理論電容量與石墨相當單相二氧化鉬 MoO2 三洋電機開發 作為負極材料時 利用鈷酸鋰 LiCoO2 製作的電池為相同設計下使用LTO的1 3倍三井礦業 石墨混合SiO2 大阪鈦科技 LTO 也在2010年初有相關新材料發表 資料來源 工研院IEK 2011 06 39 新型負極材料換用與測試開發 3 m CSofcycledSithin film 70 m CSoffadedSithinfilm KeyissueMechanicaldegradationbyvolumeexpansion fracture disconnection 資料來源 工研院IEK 2011 06 40 Model 14430 Example Sony Nexelion 30 highercapacitythancurrentLi ionbattery 資料來源 Sony 工研院IEK整理 2010 05 41 HardCarbon硬碳系在電動車上之應用 42 資料來源 中鋼碳素化學 2011 06 NB電池供應市場 高容量電池芯 資料來源 工研院IEK 2011 09 43 CapacityIncreaseRoadmapfromPanasonic 資料來源 PanasonicEnergyCompany 2011 09 44 2 6Ah CGR18650E 8 5g石墨electrodedensity 1 60g ccareadensity 0 0132g cm2coatingthickness 85microns3 4Ahcell NCR18650B 11 7g石墨electrodedensity 1 73g ccareadensity 0 0171g cm2coatingthickness 103microns ComparisonsofToshibaSCiB calculationsbasedonthe18650cell assumingNMCcell 2 5USD LFPO LMOcells 2 15USD 資料來源 各公司 工研院IEK整理 2010 05 45 隔離膜 擺脫獨占市場型態 中國廠商崛起 46 資料來源 工研院IEK 2011 09 311地震後主要影響廠商 艾克森 東燃 4月後已復工 旭化成4月新增20Mm2 year 預計6月將有另一條15Mm2 year投入生產若計入2013年預定投入生產的50Mm2 year新產線 總和產能達到255Mm2Panasonic HRLanodecoatingMaxellandLGC CeramicseparatorcoatingsMaxell Boehmitecoating住友化學與Teijin aramid樹脂 為提升安全性開發之各項隔離膜技術方向 Asahi以奈米陶瓷摻混 離子阻抗低 Celgard使用之PP PE PP多層膜技術 ITRI 以奈米陶瓷塗佈 耐熱與提升安全性 Hitachi主要以金屬氧化物奈米塗層塗佈在聚乙烯LGC的SRS系列 ITRI則利用陶瓷材料塗佈 資料來源 工研院IEK 2011 07 47 銅箔 走出日本至海外設廠 網格狀新產品 48 資料來源 工研院IEK 2011 09 2010年 三井金屬孔徑100 m網格狀透過將絕緣體印刷至底板後 使電解銅析出呈網格狀減少銅箔的重量與使用量提高與負極材料間的密着度 同時增加電池中可填入的電極材料份量 間接促進電容量的提昇 網格 孔狀銅箔成各家廠商主力新產品 日本製