Lux Research的分析報告稱,鋰離子電動車電池組的價格正在穩(wěn)步下降,這將使電動車價格進一步降低。

Lux Research的電池專家認為,電動車電池組中最昂貴的部件是電池正極,其生產(chǎn)原料將會逐漸從鎳鈷鋁酸鋰(NCA)轉(zhuǎn)換為鎳鈷錳酸鋰(NMC)材料。

今天的電化學電池就如同現(xiàn)代世界中的魔法石——只要放入電池,就可以把靜止的大塊頭車輛變得動力十足。在這一點上,技術庫中的其他任何法寶都無法與之抗衡。

但是雖說汽車電池是一種現(xiàn)代“魔法”,人們對它或多或少總還是有點兒不滿:它們耗電太快,充電又太慢,而且還挺沉。要是你打算組合一大堆鋰離子電池來驅(qū)動電動車開上幾百英里,這花費絕對叫人望而生畏。

也難怪目前全球售出的新車中只有0.5%是插電式純電動車。同樣在人們意料之中的是,美國國家研究委員會(US National Research Council)專家組稱鋰離子電池的高成本、有限續(xù)航里程和充電問題這三大短板,是推廣插電式純電動車的主要障礙。專家組2015年發(fā)布的《克服推廣插電式純電動車的障礙》報告中提醒讀者,如果電池的技術問題得不到解決,那么汽車行業(yè)的經(jīng)濟效益和長期持續(xù)發(fā)展將會受到越來越大的影響。

爭取逐漸實現(xiàn)$100/kW·h的電池組價格目標

電動車的規(guī)劃師與工程師們非常清楚,電池成本是他們面臨的最大障礙,而哪家廠商的解決方案能走得更遠,也直接關乎其他相關問題能否得到順利解決。好消息是,電池成本正在穩(wěn)步下降,而這也把企業(yè)逼上了“降低成本的風口浪尖”,Lux Research(新興技術與市場調(diào)研公司)的高級分析師CosminLaslau如是說。

Laslau是《超越極限:鋰離子電池的成本降低及其對汽車與固定式蓄電池技術的影響》這一分析報告的首席作者。他解釋說,該報告是在對電池制造商、OEM,以及政府與高校研究人員進行采訪后,基于所收集的信息完成的。報告中還構建了一個詳細的“自下而上的成本模型”,通過比較電池化學原理、形狀系數(shù)、生產(chǎn)規(guī)模、制造地點等其他相關因素等,對未來電池的技術與價格進行評估。

LuxResearch的報告中估計,到2025年,領先的電池制造商(如松下)所制造的鋰離子車用電池組的價格將降至$172/ kW·h,較為落后的制造商所提供的電池組價格大約是$229/kW·h。而目前大多數(shù)電動車電池組的價格還停留在$400/kW·h左右。

Laslau提到,$200/kW·h的價格水平,將是電動車電池組投入大規(guī)模生產(chǎn)的門檻。美國先進電池聯(lián)盟(U.S.Advanced Battery Consortium)則認為,$100/kW·h的電池組價格水平,才真正標志著電動車銷售騰飛的起點。

這一觀點與LG化學、博世、通用和特斯拉等企業(yè)的預測基本一致。這些機構預測,到2020年底,電池組的價格將降至$300/kW·h。報告提出,如果研發(fā)人員能夠?qū)㈦姵爻杀窘抵?300/kW·h以下,那么10到15年后,電動車制造商將有機會將銷售量提升到數(shù)百萬輛。

每輛特斯拉Model S汽車的電池組中,有6000多個松下圓柱狀NCA陰極鋰離子電池,即形狀系數(shù)為18650的電池。

松下公司與特斯拉正在興建“千兆電池工廠(Gigafactory)”,為即將投產(chǎn)的Model X 原型車和價格更為實惠的Model 3車型提供能源。

“千兆電池工廠”之爭

Laslau將電池業(yè)描述為競爭激烈、高度隱秘、極其保守,且為幾大老牌霸主所占領的行業(yè)。要在這些巨頭之間進行相互比較是非常復雜的,因為每一家都采取了自己獨有的技術路線,Laslau補充道。

報告稱,為了有效降低成本,并保證供應鏈的安全,汽車整車廠和電池制造商正在聯(lián)合起來,將電池生產(chǎn)的規(guī)模拓展到前所未有的水平。

例如,松下和特斯拉正在建設一座耗資50億美元,產(chǎn)能達到35 GW·h的巨型電池工廠,也就是所謂的千兆電池工廠(Gigafactory)。這座位于內(nèi)華達州的電池工廠旨在生產(chǎn)出比現(xiàn)有工廠所制造的產(chǎn)品成本低廉30%-50%的單體電池和電池組。松下公司目前在為特斯拉供應的是采用鎳鈷鋁酸鋰(NCA)18650圓柱型鋰離子電池。每輛特斯拉Model S需要使用到6000多個單體電池,而松下能夠以$265/kW·h的價格為特斯拉提供比能量高達250 W·h/kg的電池。

相較之下,其他競爭對手的遜色很多了。Laslau表示,日產(chǎn)-AESC,LG化學和三星SDI目前銷售的電池單元僅能提供比能量在140 W·h/kg到170 W·h/kg之間的電池,而在電池的能量密度方面,他們與松下之間也存在著相似程度的差距。這些公司仍然沿用傳統(tǒng)的錳酸鋰(LMO),生產(chǎn)的是體積更大的棱柱形和袋狀的電池單元,因為這兩類電池比圓柱形的電池單元更容易集成與管理。

Laslau警告說,除非這些公司能把電池組成本降到$261/kW·h,否則在未來十年內(nèi),將會面臨遠遠落后于競爭對手的風險。報告稱,這些公司目前正在努力向能量密度更高的鎳鈷錳酸鋰(NMC)電池技術過渡。比如,LG化學的目標是在與“千兆電池工廠”競爭的同時,到2017年使電池比能量達到250 W·h/kg。這家韓國電池巨頭稱,產(chǎn)能達到3-4 GW·h之后,降低成本的壓力就不足為懼了。

Lux的分析報告還對中國的比亞迪作出了預測,認為其到2025年將實現(xiàn)$211/kW·h的電池組成本和 8 GW·h的產(chǎn)能。Laslau認為,雖然磷酸鐵鋰單體電池的電壓較低,但是比亞迪還是偏好使用磷酸鐵鋰電池技術,因為他們覺得這種電池更安全,更經(jīng)濟,在能量密度相對較低的電池中是不錯的選擇。

另一家重量級廠商是在中國積極發(fā)展業(yè)務的美國電池制造商——波士頓電池,該公司生產(chǎn)的鈷酸鋰(Lithium Cobalt)單體電池比能量可達200 W·h/kg。據(jù)新聞報道,該公司于2014年12月獲得了中國政府機構2.9億美元的“財政支持”,用以將其電池工廠的產(chǎn)能擴大到4 GW·h。

新型鋰離子化學電池,如Faradion公司的鈉電池設計方案,有望最終降低電動車電池組成本。

2014年10月,韓國公司LG化學開始在中國南京興建電動車電池工廠。

價格戰(zhàn)正在醞釀之中?

Laslau認為,生產(chǎn)工廠的選址十分重要。日本生產(chǎn)的單體電池比中國生產(chǎn)的同等大小和形狀系數(shù)的產(chǎn)品價格高15%,原因是中國的勞動力、原材料和土地成本都更低,而本地化的高效供應鏈也是一大優(yōu)勢。選擇Co-location的本地化生產(chǎn)模式,讓制造商能夠?qū)淌┘痈嗟挠绊?最終降低成本,并獲得當?shù)卣嗟闹С帧?

LuxResearch的這篇報告肯定了電池正極是鋰離子電池中花費最高的部件,因為其原料中包括價格昂貴的鎳,鈷和鋰。舉例來說,一家產(chǎn)能為1-GW·h的韓國工廠所生產(chǎn)的鎳鈷錳酸鋰(NMC)袋狀電池的正極材料所耗費的成本占到電池總成本的25%,而其余的成本組成分別為:電池組管理系統(tǒng)-16%,電池組熱學系統(tǒng)-8%,負極材料-8%,生產(chǎn)設備折舊-8%,電池單體生產(chǎn)人工成本-8%,電池單體制造的土地使用成本-6%,電池單體固定成本-6%,電池組生產(chǎn)人工成本-5%,集流器-3%,電池隔膜-3%,電解質(zhì)-1%。

Laslau認為,插電式電動車電池的價格在未來十年的發(fā)展趨勢難以預測,“在未來5到10年,我們有可能會看到行業(yè)的整合,也許市場上只會剩下兩三家大型供應商,這意味著要爭取市場份額,企業(yè)之間將會進行激烈的價格戰(zhàn)”。

作者：Steven Ashley

來源：SAE《汽車工程雜志》

轉(zhuǎn)自：SAEInternational 公眾號

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主講：Erik J. Spek

Erik J. Spek 是TüV南德意志集團加拿大公司的總工程師，主要負責北美洲的電池認證服務。

曾經(jīng)撰寫及與他人共同撰寫關于硫化鈉電池開發(fā)和鋰電池測試的相關論文和文章。Spek先生曾經(jīng)是ABB(高級電池系統(tǒng))硫化鈉電池團隊的成員，該團隊曾經(jīng)為福特生態(tài)之星項目提供了38千瓦時電池組，目前正在和其他人共同申請雙極鈉金屬氯化物電池的專利。

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