全華高中

202009 001

NO:

科技新報新聞出處： 吳文義撰文教師： 選物下 第7章課程連結：

19世紀末，人們開始發展汽車，燃油汽車與電動汽車幾乎同時發展，但

受制於電池的技術（電池能量密度太小且重量及體積太大），所以電動汽車

一直無法實現。

到了70年代時，發生石油暴漲的能源危機，以及燃油汽車排放廢氣造成

空氣汙染，使得一些汽車製造商及石油公司，開始思考電動車的可能性，以

擺脫石油為主要能源的替代能源研究。如：埃克森石油公司成立一個研究部

門，廣招各路能源方面的頂尖人才，研究主題是除了石油應用之外的任何能

源替代方案。其中惠廷安（M.S. Whittingham）開發出最早的鋰離子電池，

但此種鋰電池不太穩定，容易起火燃燒，最後被迫終止研究發展。

接著，美國德州奧斯汀大學的古迪納夫（J.B. Goodenough）改進惠廷安的

電池結構。他將陰極的電極材料換成鈷的氧化物，使電池電動勢提高至4 V，

增加電池能量密度，為可充放電之二次電池，他因此被稱為鋰離子電池之

父。

後來，日本旭化成公司的研究員吉野彰（Akira Yoshino），改進古迪納

夫的電池結構。他將陽極電極的金屬鋰改成從石油提煉出來的石油焦炭，這

種電極比之前金屬鋰的電極安全性更高。這種電池運作原理和以前的化學電

池不同，鋰離子電池沒有產生化學反應，只是在充放電的過程中，鋰離子來

回的插入兩電極中。這是一種電極活性小，使用時間長，質量輕且高電動

勢，能量密度大的二次電池。

2019年諾貝爾化學獎，就頒給上述三位在鋰離子電池發展上具有重大

突破的研究員。表彰他們發明出強大電力的電池，促進人類文明的發展。現

在商業化的鋰離子電池，就是以他們的電池結構為基礎。

從鋰電池發明到電動車的實現

時事掃描

108課綱平台

電子檔

線上題測

現今鋰離子電池可使用於手機、筆記型電腦及數位相機中，其他相關的應用也在增加。其中有一種

實用性高的鋰離子電池，是日本松下電器（Panasonic）出產，編號為18650的一款鋰電池（圖(一)），其

直徑為18 mm，高度為65 mm的圓柱形鋰電池，電量可以從2500 mAh至3200 mAh，端電壓為3.7 V，但

實際充滿可達4.2 V。這種鋰電池被電動汽車商特斯拉（Tesla）看中，作為其電動車驅動能量的來源。如

圖(二)所示，為特斯拉Model S 85D下方底盤內置的鋰電池板。其規格為85 KWh（即85度電能），400 V直

流電，900 kg，共有7104顆電池。其結構為74顆電池並聯成單體電池包，彼此串聯6個電池包，形成含

有444顆電池的單體電池組，這些電池組再彼此串聯16組，形成一個完整的電池板，供應特斯拉電動車

使用。內部除了這些電池外，還有冷卻散熱系統，及電源管理監控系統，以保證能在最安全的狀況下

使用這些電池。

請試著計算看看，特斯拉電動車的電池板是否

真的可以提供85 KWh 的電能？為什麼？

（電能 = 電量 × 電壓）

1.

答案：是，因為電池充滿可達4.2 V。

特斯拉電動車，為何要使用七千多顆的18650

鋰離子電池，而不使用一個完整大型的特製鋰

離子電池板？

2.

答案：分散危險的發生。

電能 = 電量 × 電壓，所以電能

E = (3200 mAh) × (3.7 V) × (7104顆) = 84.1 × 106 mWh = 84.1 KWh。其約為85 KWh，因為我們用額定電壓3.7 V去計算，

其電池充滿可達4.2 V，所以可達85 KWh。

解析

雖然鋰離子電池的設計上已經相當安全，但電池

在充放電過程中，都會產生餘熱，這些熱量若無

法有效的排除，有可能會造成有機電解質的燃燒

或爆炸。為了方便管理電源，把它化整為零，可

以分散危險的發生，一旦有電池損壞，維修替換

上也比較方便，在替換成本上也比較小。

解析

概念剖析

小試身手

圖(一) 圖(二) （圖片引用自 kknews.cc/car/xerr6po.html）

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科技新報新聞出處： 吳文義撰文教師： 選物下 第7章課程連結：

19世紀末，人們開始發展汽車，燃油汽車與電動汽車幾乎同時發展，但

受制於電池的技術（電池能量密度太小且重量及體積太大），所以電動汽車

一直無法實現。

到了70年代時，發生石油暴漲的能源危機，以及燃油汽車排放廢氣造成

空氣汙染，使得一些汽車製造商及石油公司，開始思考電動車的可能性，以

擺脫石油為主要能源的替代能源研究。如：埃克森石油公司成立一個研究部

門，廣招各路能源方面的頂尖人才，研究主題是除了石油應用之外的任何能

源替代方案。其中惠廷安（M.S. Whittingham）開發出最早的鋰離子電池，

但此種鋰電池不太穩定，容易起火燃燒，最後被迫終止研究發展。

接著，美國德州奧斯汀大學的古迪納夫（J.B. Goodenough）改進惠廷安的

電池結構。他將陰極的電極材料換成鈷的氧化物，使電池電動勢提高至4 V，

增加電池能量密度，為可充放電之二次電池，他因此被稱為鋰離子電池之

父。

後來，日本旭化成公司的研究員吉野彰（Akira Yoshino），改進古迪納

夫的電池結構。他將陽極電極的金屬鋰改成從石油提煉出來的石油焦炭，這

種電極比之前金屬鋰的電極安全性更高。這種電池運作原理和以前的化學電

池不同，鋰離子電池沒有產生化學反應，只是在充放電的過程中，鋰離子來

回的插入兩電極中。這是一種電極活性小，使用時間長，質量輕且高電動

勢，能量密度大的二次電池。

2019年諾貝爾化學獎，就頒給上述三位在鋰離子電池發展上具有重大

突破的研究員。表彰他們發明出強大電力的電池，促進人類文明的發展。現

在商業化的鋰離子電池，就是以他們的電池結構為基礎。

從鋰電池發明到電動車的實現

時事掃描

108課綱平台

電子檔

線上題測

現今鋰離子電池可使用於手機、筆記型電腦及數位相機中，其他相關的應用也在增加。其中有一種

實用性高的鋰離子電池，是日本松下電器（Panasonic）出產，編號為18650的一款鋰電池（圖(一)），其

直徑為18 mm，高度為65 mm的圓柱形鋰電池，電量可以從2500 mAh至3200 mAh，端電壓為3.7 V，但

實際充滿可達4.2 V。這種鋰電池被電動汽車商特斯拉（Tesla）看中，作為其電動車驅動能量的來源。如

圖(二)所示，為特斯拉Model S 85D下方底盤內置的鋰電池板。其規格為85 KWh（即85度電能），400 V直

流電，900 kg，共有7104顆電池。其結構為74顆電池並聯成單體電池包，彼此串聯6個電池包，形成含

有444顆電池的單體電池組，這些電池組再彼此串聯16組，形成一個完整的電池板，供應特斯拉電動車

使用。內部除了這些電池外，還有冷卻散熱系統，及電源管理監控系統，以保證能在最安全的狀況下

使用這些電池。

請試著計算看看，特斯拉電動車的電池板是否

真的可以提供85 KWh 的電能？為什麼？

（電能 = 電量 × 電壓）

1. 特斯拉電動車，為何要使用七千多顆的18650

鋰離子電池，而不使用一個完整大型的特製鋰

離子電池板？

2.

概念剖析

小試身手

圖(一) 圖(二) （圖片引用自 kknews.cc/car/xerr6po.html）