電池產業展望

壹、電池的種類

電學的研究與發展可謂源遠流長，早在西元前六百年之前，希臘人已經發現將琥珀摩擦後，可以吸附乾燥的樹葉或羽毛等輕小的物質，應是電學研究的濫觴。1745年荷蘭萊頓大學教授Musschenbroek將盛水的玻璃瓶儲存電荷(該裝置亦可將電荷釋放出來)，稍後的研究者遂將該玻璃瓶命名為萊頓瓶(Leyden Jar)，萊頓瓶實際上是一個普通的電容器，也是人類第一個儲電裝置。由於萊頓瓶無法穩定且長時間地供電，為改善此現象，義大利物理學家Volta(伏打or伏特)於1799年發表伏打電池(又稱為伏打電堆)。伏打電池將含食鹽水的溼布夾在銀和鋅的圓形板中間，然後堆積成圓柱，利用導線連接最頂層的銀圓板和最底層的鋅圓板，相當於數個電池串聯，製造出人類史上最早的電池。隨著電學與人類文明的持續發展，電池衍生出各種應用。時至之日，電池除了使用在電器用品、兒童玩具、電子器材及電動工具等方面，也大量使用在各種交通工具與醫療器材之上。

依照現代的定義，電池是指把化學能或者光能轉變為電能的裝置，依電池作用的方式，電池可分為化學電池、物理電池與生物電池等三大類，列示如【圖一】。

圖一：電池的種類

資料來源：Digitimes、興能高科技

在電池的三大類型當中，以化學電池最為人所熟悉，主要在於其應用範圍廣泛。化學電池是利用氧化還原反應來產生電流，將化學能轉換成電能的裝置。若以電池是否可充電再度使用為標準，則電池可分為一次電池與二次電池兩大類。一次電池指僅使用一次，電力消耗完畢後便予以丟棄的電池，常見的包括乾電池、鹼性電池、水銀電池等。

二次電池意指可反覆充電使用的電池，即所謂充電電池(蓄電池)，二次電池包括鉛蓄電池、鎳氫電池、鎳鎘電池與鋰電池等。充放電循環次數的多少，主要取決於電極的可逆性、隔膜和結構材料等在充放電循環過程中的穩定性。除鉛酸電池之外，二次電池的主要用途為行動電話、筆記型電腦、數位相機、攜帶型DVD等，主要生產國為日本，以下將逐一介紹。

(一)鉛蓄電池：二次電池最早始於1859年生產的鉛蓄電池，迄今已超過百年歷史，在歷經多次的技術改良之後，鉛蓄電池仍是目前技術最成熟的二次電池產品。1912年鉛酸電池開始應用於汽車的電力系統，同時也提供電力予不斷電系統(UPS)、船舶通訊系統以及一般緊急供電裝置等較大型的設備。鉛酸電池的製造成本低廉，但其體積龐大且重量較重，較不易攜帶，因此鉛酸電池有其特定的應用領域。舉例而言，在不需移動或深度放電(一個電池其放電能量超過電池所儲存能量的90%時)，電力可隨放隨充的系統中，使用頻率相當高。

(二)鎳鎘電池：鎳鎘電池(Nickel-Cadmium, 簡稱NiCd)以氫氧化鎳(NiOH)及金屬鎘(Cd)作為產生電能的化學品。鎳鎘電池的優點在於可以較小重量儲存一定數量的能量、充電效率高、放電時終端電壓變化不大、內阻小以及對充電環境要求不高。缺點則是記憶效應及鎘的重金屬污染。鎳鎘電池是最具代表性的鹼性二次電池，廣泛的應用在大型工業用電池與小型密閉式電池的市場。鎳鎘電池特點在於成本低廉、適用溫度範圍廣與充電時間短(僅需0.5~1小時即可)，但卻有記憶效應最為嚴重的缺點。

(三)鎳氫電池：由於鎳鎘電池污染性與記憶效應，鎳氫電池(Nickel-Metal Hydride,簡稱NiMH)即是針對此缺點加以改良。若將鎳氫電池和相同體積的鎳鎘電池相比，鎳氫電池容量增加一倍，充放電循環壽命也較長，記憶效應也較不明顯。鎳氫電池正極的活性物質為NiOOH(放電時)和Ni(OH)2(充電時)，負極板的活性物質為H2(放電時)和H2O(充電時)，電解液採用30%的氫氧化鉀溶液。充電時負極析出氫氣，貯存在容器中，正極由氫氧化亞鎳變成氫氧化鎳(NiOOH)和H2O；放電時氫氣在負極上被消耗掉，正極由氫氧化鎳變成氫氧化亞鎳。蓄電池過量充電時，正極板析出氧氣，負極板析出氫氣。由於有激活劑的氫電極面積大，而且氫氣能夠隨時擴散到氫電極表面，因此，氫氣和氧氣能夠很容易在蓄電池內部再化合生成水，使容器內的氣體壓力保持不變，這種再化合的速率很快，可以使蓄電池內部氧氣的濃度不超過千分之幾。鎳氫電池以相同的價格提供比鎳鎘電池更高的電容量、比較不明顯的記憶效應、以及比較低的環境污染(不含鎘Cd)，也因此被稱為是最環保的電池。但鎳鎘電池與鋰離子電池比較時，卻有比較高的記憶效應，以及較高的自我放電反應。鎳氫電池適用於高耗電產品，例如數位相機，對於需要高放電速率的設備來說，鎳鎘電池效果較佳。

(四)鋰電池：早期鋰電池以一次電池為主，1980年英國Goodenough教授率先發表鋰鈷電極材料論文，至1991年Sony正式推出鋰離子二次電池。鋰離子電池的電量密度高於鎳鎘或鎳氫電池，因為鋰是最輕的金屬，這表示鋰電池重量更輕而續航力卻更持久，使用者可以隨時為鋰電池充電，毋須像鎳氫或鎳鎘電池一般，為了保持最佳效能，而需經過完全放電或充電等多次循環(∵鎳電池的電極上會逐漸產生結晶，讓電池無法完全充飽電，此時必須進行完全放電手續)。此外，鋰離子電池的特點包括能量密度高、操作電壓高、輸出功率大、放電平穩、工作溫度區間大、充放電循環可達500次以上、自放電低、儲存壽命長，被視為目前最主要的二次電池。鋰離子電池依其隔離層系統的不同，又區分為鋰離子電池與鋰高分子電池，兩者均以碳材為負極，配合鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)或鋰鎳氧化物(LiNiO2)等正極活性物質。早期鋰電池主要應用在行動電話與攝錄影機等手持裝置，但鋰電池的工作電壓為3.6伏特，恰好是鎳鎘或鎳氫電池的3倍，亦即一顆鋰電池相當於三顆鎳氫電池串聯。大部分電腦的CPU所需電壓亦在2.5~3.3伏特間，僅需一顆鋰電池就可勝任，在體積及重量的考慮下，鋰電池成為NB的最重要電源。

表一：二次電池比較

資料來源：能源科技

貳、鋰電池供需分析

3C電子產品日益普遍，產品功能也有複雜化的傾向，這些特質迫使電池的朝向高能量密度與體積縮小化發展。鋰電池在經歷十多年的演進，效能已遠優於鎳鎘與鎳氫電池，加上在各大廠量產之後，製造成本已下滑至使用者所能接受的程度，因此鋰電池已取代乾電池與鎳氫電池，成為3C產品最常見的可攜式能源。在應用別方面，手機為全球出貨量最大的手持裝罝之一，年度出貨量已超過10億支，但經過數年的高成長之後，在基期墊高之下，年成長率已下滑至10%左右。反觀PND等新興的工具，因基期較低，出貨年成長往往超過三成。早期NB即是鋰電池需求的第二大來源，近年來NB更強調「行動」的特質，使用者往往須要自備電源，因此NB的占比亦是逐年擴大。NB用鋰電池以6顆電池芯為主流，消耗更多的產能，07年底各品牌廠商更提出低價NB，頗受國際市場好評，因此對鋰電池的需求更加殷切，預期NB的占比將更形擴大。

圖二：鋰電池應用別比重

資料來源：IIT總合研究所

註：Others包括PND、Power Tool、Game Console、DV、DSC等，其中以PND成長最迅速

參、NB鋰電池供應鏈

(一)上游材料部份：原料大廠向來與電池芯廠配合密切，因此鋰鈷材料生產多集中於日本，由於鈷需求量持續增加，已經開始出現供不應求的現象，也造成鈷價大漲。為確保下一世代鋰電池的優勢，各廠在材料研發上持續創新，在品質上要符合日益受重視的安全性之外，更需滿足每年8%電池能量密度提升的需求。目前負極材料的開發已開始導入奈米技術，未來應有突破性的進展，目前台灣正極材料生產以鐵研科技為主，負極材料生產則為中碳。

(二)中游電池芯：由於電池芯投資金額龐大，財務風險偏高，加上基礎科學人才不足，國內僅有未上市的能元科技專攻電池芯領域，目前電池芯仍然由日本與韓國為主。目前NB電池芯主要業者包括Sanyo、Sony、Matsushita、Samsung SDI與LG Chem等，其中Sanyo與Sony亦是鋰電池組封裝大廠，為日本NB品牌的電池芯主要來源。

(三)下游封裝廠：電池模組為台灣鋰電池產業主要跨足領域，由於NB價格競爭日益激烈，向下壓縮零組件價格，由於日本與韓國廠商較不具競爭力，成本控管能力優異的台系電池封裝廠反而是價格壓縮趨勢下的最大受益者，因此近年來成長率明顯高於NB出貨量之成長。

表二：NB鋰電池供應鏈

資料來源：本研究整理

肆、電池芯供需概況

NB鋰電池組之成本結構如下：電池芯(55%)、IC與PCB(20%)、機殼(10%)與人工成本(15%)，其中電池芯的成本超過五成，為鋰電池組最重要的原料。2006年發生多起鋰電池爆炸起火的事故，電池芯供應商Sony遂回收稍早出貨予Dell的數百萬顆電池，電池芯供需開始失衡。除了電池回收事件之外，電池芯產業亦發生多起火災之工安意外，全球第三大電池芯供應商松下(Matsushita)於2007/9/30發生火災，南韓第二大電池廠LG Chem的梧倉(Ochang)廠亦於2008/3/3發生火災，供給面更形惡化。松下預估最快在2Q08方能恢復90%產能，若加上LG Chem完全復工需時3~5個月，而3Q開始進入NB產業旺季，預估2H08電池芯供應持續吃緊。由拓墣的資料亦顯示，自3Q07以來即有供給缺口出現，此現象延續至2Q08，而LG Chem的產線預計於10月可恢復，屆時供給缺口將較為舒緩，但時值電子股下半年旺季，供需仍然相當緊俏。

圖三：電池芯供需缺口預估

資料來源：拓墣

伍、上市櫃公司介紹

由於電池芯投資金額龐大，財務風險偏高，加上基礎科學人才不足，國內著重在下游的封裝業務，目前上櫃的公司有新普、順達與加百裕三家。拜電池芯缺貨之賜，鋰電池組可順利調漲價格，不僅營收動能強勁，毛利率亦可維持一定水準，表現優於大部份的電子股。由於電池芯供給持續緊俏，而NB出貨年成長仍在20~30%之間，市況對封裝廠極為有利，只封裝廠能確保電池芯料源，營收高成長可期。以08年而言，前兩大的新普與順達之電池芯來源較穩固，1Q08營收年成長分別為47.4%與64.5%，而07年甫上櫃的加百裕則飽受電池芯缺貨之苦，營收僅成長13.8%。在合併毛利率表現上，以生產自動化程度最高的新普遙遙領先，而順達則有迎頭趕上的趨勢，至於加百裕則較不明朗。

表三：NB鋰電池廠商合併毛利率比較

資料來源：各公司財報

註：加百裕1Q08營收YoY為母公司資料，其餘資料皆以合併報表為計算基礎