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2026年10月27日 星期二

LMR 富錳電池原理:GM 第四代電動車為何捨 LFP?電壓衰減與 33% 能量密度解析


重點先講:電池界一直有個兩難:要便宜選 LFP 磷酸鐵鋰,要跑得遠選 三元鋰(NMC/NCA)。GM 10/21 在 GM Forward 發表會端出第三條路:第四代電動車平台將用 LMR 富錳電池(lithium manganese rich),號稱全球第一款量產 LMR。下面拆四件事:配方換了什麼、電壓衰減為什麼是死穴、20% 效率對電池容量的意義,以及方形電芯帶來的結構帳。文中的車款耗電、容量與重量換算是我自己的假設與示意算術,不是 GM 數據。

發生了什麼:GM 第四代平台與 LMR 電池

  • 10/21 GM Forward(紐約):第四代平台結合 LMR 方形電芯、新驅動單元與中央運算架構;GM 說每 kWh 能多跑約 20% 里程。電芯由 GM 與 LG Energy Solution 合資的 Ultium Cells 在田納西 Spring Hill 生產。
  • 官方數字:LMR 能量密度比 LFP 高 33%、成本相當;驅動單元零件數少 40%;線束少 30%;開發時用電腦模擬超過 30 萬種電池設計,從第一個電池包概念到正式立案只花一個月。
  • Car and Driver 補充:GM 主管 Zach Walker 說第四代車重約輕 15%、風阻係數低 25%、新驅動單元效率高 20%,合起來約可少用 20% 電池容量。GM 沒有公布電池包 kWh、每 kWh 成本、首發車款與上市日期。

一句話看懂 LMR:它是層狀氧化物正極(跟三元鋰同家族),但在晶格裡多塞了鋰、用大量錳取代鎳和鈷。多出來的鋰讓容量變高,錳讓材料變便宜;代價是第一次充到高電壓時晶格會「重組」,之後電壓慢慢往下掉。

工程重點 1:LMR 配方,用錳換掉鎳和鈷

GM 自己給的對照很直白:典型高鎳電芯大約是 鎳 85%、錳 10%、鈷 5%;LMR 大約是 鎳 35%、錳 65%、鈷幾乎為零(TechCrunch、WIRED 引述的範圍是錳 60–70%、鎳 30–40%、鈷 0–2%)。錳比鎳、鈷便宜也好取得,這是 LMR 能喊出「LFP 的價格」的底氣。能量密度方面,GM 說比 LFP 高 33%,Car and Driver 的說法是接近現在的 NMCA。換句話說,LMR 想站在 LFP 跟三元鋰中間,吃兩邊的好處。GM 沒說這 33% 是重量能量密度還是體積能量密度,這點後面算帳時要小心。

工程重點 2:電壓衰減,富錳正極卡關十幾年的死穴

LMR 的高容量來自晶格裡的 Li₂MnO₃ 成分。美國能源部的「Deep Dive」研究整理過:第一次充電時,約 4 V 先從一般層狀區拔出鋰,到了約 4.45 V 以上 Li₂MnO₃ 區才被「活化」,靠氧參與氧化還原多吐出鋰;Argonne 的同步輻射實驗在約 4.46 V 觀察到晶格應變與氧釋放。問題是活化後晶格不穩,錳離子會遷移到鋰層,局部結構慢慢變成能量較低的排列,於是每圈放電電壓都往下掉一點,這就是電壓衰減。2017 年的模擬研究甚至寫,衰減要壓到約 0.1 mV/圈 這個等級才適合車用,並建議把上限電壓限制在約 4.6 V 以下。GM 說已和供應商用專有摻雜、表面塗層、顆粒工程與製程改良解決,壽命可比照現行高鎳電芯,但目前沒有公開的循環曲線可以核對。

工程重點 3:每 kWh 多跑 20%,電池能少多少?

「多跑 20%」跟「少用 20% 電池」不完全是同一件事。同樣里程下,需要的電量是 1 ÷ 1.2 ≈ 0.83,也就是少約 17%;Car and Driver 引述的「約 20%」是取整後的說法。舉例(作者假設):一台中型休旅要跑 300 英里,假設現在每 kWh 跑 3.3 英里,需要約 91 kWh;效率提升 20% 後只要約 76 kWh。再疊上 LMR 比 LFP 高 33% 的能量密度(假設是重量密度),同電量的電芯重量是 1 ÷ 1.33 ≈ 0.75;兩者相乘約 0.63,代表電芯重量可能比「同里程、用 LFP、舊效率」的設計少三成多。這是示意算術,沒算電池包結構、冷卻和安全餘裕。

工程重點 4:方形電芯,把模組和零件砍掉

現行 Ultium 用的是軟包(pouch)電芯,LMR 改成方形(prismatic)硬殼。GM 2025 年的說明是:方形電芯讓模組零件減少 75%、整包零件減少 50%,非活性材料比例也跟著下降。硬殼本身能承受一部分結構與膨脹應力,電池包就不必再用那麼多支架和緩衝件。BMS 也有新功課:層狀氧化物的放電曲線本來就比 LFP 傾斜,用電壓估電量比 LFP 容易;但如果電壓會隨老化往下飄,電量估算的對照表就得跟著修正,否則儀表上的剩餘里程會越用越不準(這段是我的工程推論)。

還缺什麼/待核

  • GM 沒公布電池包 kWh、每 kWh 成本、循環壽命曲線,也沒有第三方的電壓衰減測試。
  • 首發車款說法不一:Car and Driver 說先上全尺寸電動皮卡,InsideEVs 引述發言人說是跨界休旅,Bloomberg 說約三年內推出主流電動休旅。
  • 33% 是重量還是體積能量密度未說明;本文 3.3 英里/kWh、300 英里與 0.63 倍重量都是作者假設。

相關影片:三元鋰、LFP 與電池成本

三元鋰與磷酸鐵鋰電池差異影片縮圖:LMR 富錳電池的比較基準

如果 2028 年真的有一台用 LMR、價格跟 LFP 車差不多、但多跑兩三成的電動車,你會買嗎?還是在看到十萬公里的電壓衰減數據之前,你寧可先選成熟的 LFP?留言聊聊。

更多電池材料與製程的白話拆解(例如乾式電極),可以到我的 FB 粉專「PLC」看看:乾式電極到底神在哪?用「做千層酥皮」看懂電池製程革命(粉專首頁)。

手邊就能觀察的鋰電池:行動電源與 USB 電表

LMR 的關鍵字是「電壓」。想親手看看鋰電池的電壓、電流怎麼隨電量變化,一顆行動電源加一個 USB 電表就能玩:

【行動電源 1】Anker A1664 MagGo 10000mAh Qi2 30W 超薄磁吸行動電源 (授權直營)

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【USB電表 1】FNIRSI FNB-C2 USB PD 3.1 Type-C 快充測試儀 電壓電流表

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2026年3月27日 星期五

第三篇: 三元鋰 (NCM/NCA) 的高階之路:單晶技術與高鎳化如何續命?



如果說 LFP 電池是電動車界的「耐用國民車」,那麼三元鋰電池 (NCM/NCA) 就是追求極致性能的「超跑心臟」。儘管 LFP 勢頭強勁,但在要求輕量化、高能量密度以及惡劣天氣適應力的旗艦車款中,三元鋰依然是不容質疑的霸主。

高鎳化趨勢:讓電池更輕、跑得更遠

三元鋰電池的核心優勢在於其較高的電化學活性。根據最新的研究,為了進一步提升續航力,產業正加速邁向「高鎳化」(如 NCM 811 甚至 9 系列)。

透過增加鎳(Nickel)的比例,電池可以儲存更多電能。這意味著在相同的空間與重量下,搭載三元鋰的電動車能比 LFP 跑出更驚人的里程。此外,減少貴金屬「鈷」的用量,也成為車廠降低成本並符合倫理供應鏈的重要策略。

💡 旗艦技術:單晶材料 (Single-Crystal) 的突破

傳統的三元材料是「多晶結構」,在長時間充放電下容易產生微裂紋,導致電池衰減。而 2026 年的主流技術轉向了單晶技術:

  • 更長壽命: 單晶結構能有效減少顆粒內部的物理應力,大幅減緩容量衰退。
  • 熱穩定性提升: 改善了三元鋰在極端高溫下的穩定性。
  • 更佳的低溫表現: 這是三元鋰最強大的護城河,即使在零下 20 度的環境,依然能維持穩定的輸出,不若 LFP 那樣容易「斷電」。

誰還在堅持使用三元鋰?

雖然成本較高,但對於追求性能、加速感以及需要長途跨州旅行的高階車主來說,三元鋰提供的能量密度優勢(目前普遍比 LFP 高出 30% 以上)是無法取代的。從保時捷 Taycan 到特斯拉的 Performance 版本,這類高性能指標始終依賴三元鋰電池的強大瞬間放電能力。

結語:性能與續航的最終解答

隨著 2026 年單晶技術與高鎳化體系的成熟,三元鋰電池正變得比以往更安全、更耐用。如果你居住在寒冷地區,或是追求極致的駕駛體驗,這顆「高能核心」依然是你購車時的首選標誌。

下一篇,我們將眼光轉向未來——聊聊那個被稱為電動車「聖杯」的技術:固態電池,它真的能在 2026 年後改變遊戲規則嗎?

2026年3月25日 星期三

第一篇: 2026 動力電池新賽局:從「能量密度」轉向「極致平衡」的時代





在全球邁向零排放交通的進程中,電動車(EV)的靈魂無疑是那塊佔據整車成本近 40% 的動力電池。根據最新的產業深度報告顯示,我們正在經歷一個關鍵的技術轉折點。

過去幾年,車廠與電池供應商陷入了瘋狂的「能量密度」競賽,試圖消除消費者的里程焦慮。然而,邁入 2024-2026 年,這場競爭的邏輯正在發生根本性的改變。

從單一指標到「多元平衡」的轉向

根據研究顯示,動力電池產業正從單純追求「跑得遠」轉向兼顧安全性、長壽命與極致成本的多元平衡。這意味著,未來的電動車不一定會搭載續航破千公里的昂貴電池,但一定會搭載充電更快、更安全、且價格更親民的電池系統。

📌 2026 年前的三大技術關鍵趨勢:

  • 成本效率: 隨著補貼退坡,如何透過材料創新(如 LFP)降低整車售價成為主流。
  • 安全性演進: 從電芯結構到系統層級(如 CTP 技術),防止熱失控成為技術開發的重中之重。
  • 化學體系分化: 市場已形成以磷酸鐵鋰(LFP)與三元鋰(NCM/NCA)為主的雙頭壟斷,兩者各司其職。

雙雄爭霸:LFP 與 NCM 的差異化演進

目前的市場格局非常清晰:磷酸鐵鋰 (LFP) 憑藉著出色的結構穩定性與成本優勢,在中低階與普及型車款中佔據絕對主導地位;而三元鋰 (NCM/NCA) 則透過高鎳化技術,持續在高端長續航車型中發力。

報告指出,2025 年與 2026 年將是「新材料體系」商業化的關鍵窗口。例如,磷酸錳鐵鋰 (LMFP) 的加入,正試圖在維持 LFP 安全性的同時,挑戰 NCM 的能量密度底線。

結語:這對消費者意味著什麼?

對於一般消費者而言,這代表電動車的「持有成本」將會持續下降。未來的技術革新將不再只是實驗室裡的數據,而是會直接體現在更快的充電速度、更長的電池保固期,以及更具競爭力的購車價格上。

在接下來的系列文章中,我們將深入剖析這兩大化學體系的底層邏輯,並探討誰才是未來五年的真正霸主。