电动汽车的电池价格之战

SAE International Ashley

电动汽车的电池价格之战

Lux Research的分析报告称,锂离子电动车电池组的价格正在稳步下降,这将使电动车价格进一步降低。

电动汽车的电池价格之战

Lux Research的电池专家认为,电动车电池组中最昂贵的部件是电池正极,其生产原料将会逐渐从镍钴铝酸锂(NCA)转换为镍钴锰酸锂(NMC)材料。

今天的电化学电池就如同现代世界中的魔法石——只要放入电池,就可以把静止的大块头车辆变得动力十足。在这一点上,技术库中的其他任何法宝都无法与之抗衡。

但是虽说汽车电池是一种现代“魔法”,人们对它或多或少总还是有点儿不满:它们耗电太快,充电又太慢,而且还挺沉。要是你打算组合一大堆锂离子电池来驱动电动车开上几百英里,这花费绝对叫人望而生畏。

也难怪目前全球售出的新车中只有0.5%是插电式纯电动车。同样在人们意料之中的是,美国国家研究委员会(US National Research Council)专家组称锂离子电池的高成本、有限续航里程和充电问题这三大短板,是推广插电式纯电动车的主要障碍。专家组2015年发布的《克服推广插电式纯电动车的障碍》报告中提醒读者,如果电池的技术问题得不到解决,那么汽车行业的经济效益和长期持续发展将会受到越来越大的影响。

争取逐渐实现$100/kW·h的电池组价格目标

电动车的规划师与工程师们非常清楚,电池成本是他们面临的最大障碍,而哪家厂商的解决方案能走得更远,也直接关乎其他相关问题能否得到顺利解决。好消息是,电池成本正在稳步下降,而这也把企业逼上了“降低成本的风口浪尖”,Lux Research(新兴技术与市场调研公司)的高级分析师CosminLaslau如是说。

Laslau是《超越极限:锂离子电池的成本降低及其对汽车与固定式蓄电池技术的影响》这一分析报告的首席作者。他解释说,该报告是在对电池制造商、OEM,以及政府与高校研究人员进行采访后,基于所收集的信息完成的。报告中还构建了一个详细的“自下而上的成本模型”,通过比较电池化学原理、形状系数、生产规模、制造地点等其他相关因素等,对未来电池的技术与价格进行评估。

LuxResearch的报告中估计,到2025年,领先的电池制造商(如松下)所制造的锂离子车用电池组的价格将降至$172/ kW·h,较为落后的制造商所提供的电池组价格大约是$229/kW·h。而目前大多数电动车电池组的价格还停留在$400/kW·h左右。

Laslau提到,$200/kW·h的价格水平,将是电动车电池组投入大规模生产的门槛。美国先进电池联盟(U.S.Advanced Battery Consortium)则认为,$100/kW·h的电池组价格水平,才真正标志着电动车销售腾飞的起点。

这一观点与LG化学、博世、通用和特斯拉等企业的预测基本一致。这些机构预测,到2020年底,电池组的价格将降至$300/kW·h。报告提出,如果研发人员能够将电池成本降至$300/kW·h以下,那么10到15年后,电动车制造商将有机会将销售量提升到数百万辆。

电动汽车的电池价格之战

每辆特斯拉Model S汽车的电池组中,有6000多个松下圆柱状NCA阴极锂离子电池,即形状系数为18650的电池。

电动汽车的电池价格之战

松下公司与特斯拉正在兴建“千兆电池工厂(Gigafactory)”,为即将投产的Model X 原型车和价格更为实惠的Model 3车型提供能源。

“千兆电池工厂”之争

Laslau将电池业描述为竞争激烈、高度隐秘、极其保守,且为几大老牌霸主所占领的行业。要在这些巨头之间进行相互比较是非常复杂的,因为每一家都采取了自己独有的技术路线,Laslau补充道。

报告称,为了有效降低成本,并保证供应链的安全,汽车整车厂和电池制造商正在联合起来,将电池生产的规模拓展到前所未有的水平。

例如,松下和特斯拉正在建设一座耗资50亿美元,产能达到35 GW·h的巨型电池工厂,也就是所谓的千兆电池工厂(Gigafactory)。这座位于内华达州的电池工厂旨在生产出比现有工厂所制造的产品成本低廉30%-50%的单体电池和电池组。松下公司目前在为特斯拉供应的是采用镍钴铝酸锂(NCA)18650圆柱型锂离子电池。每辆特斯拉Model S需要使用到6000多个单体电池,而松下能够以$265/kW·h的价格为特斯拉提供比能量高达250 W·h/kg的电池。

相较之下,其他竞争对手的逊色很多了。Laslau表示,日产-AESC,LG化学和三星SDI目前销售的电池单元仅能提供比能量在140 W·h/kg到170 W·h/kg之间的电池,而在电池的能量密度方面,他们与松下之间也存在着相似程度的差距。这些公司仍然沿用传统的锰酸锂(LMO),生产的是体积更大的棱柱形和袋状的电池单元,因为这两类电池比圆柱形的电池单元更容易集成与管理。

Laslau警告说,除非这些公司能把电池组成本降到$261/kW·h,否则在未来十年内,将会面临远远落后于竞争对手的风险。报告称,这些公司目前正在努力向能量密度更高的镍钴锰酸锂(NMC)电池技术过渡。比如,LG化学的目标是在与“千兆电池工厂”竞争的同时,到2017年使电池比能量达到250 W·h/kg。这家韩国电池巨头称,产能达到3-4 GW·h之后,降低成本的压力就不足为惧了。

Lux的分析报告还对中国的比亚迪作出了预测,认为其到2025年将实现$211/kW·h的电池组成本和 8 GW·h的产能。Laslau认为,虽然磷酸铁锂单体电池的电压较低,但是比亚迪还是偏好使用磷酸铁锂电池技术,因为他们觉得这种电池更安全,更经济,在能量密度相对较低的电池中是不错的选择。

另一家重量级厂商是在中国积极发展业务的美国电池制造商——波士顿电池,该公司生产的钴酸锂(Lithium Cobalt)单体电池比能量可达200 W·h/kg。据新闻报道,该公司于2014年12月获得了中国政府机构2.9亿美元的“财政支持”,用以将其电池工厂的产能扩大到4 GW·h。

电动汽车的电池价格之战

新型锂离子化学电池,如Faradion公司的钠电池设计方案,有望最终降低电动车电池组成本。

2014年10月,韩国公司LG化学开始在中国南京兴建电动车电池工厂。

价格战正在酝酿之中?

Laslau认为,生产工厂的选址十分重要。日本生产的单体电池比中国生产的同等大小和形状系数的产品价格高15%,原因是中国的劳动力、原材料和土地成本都更低,而本地化的高效供应链也是一大优势。选择Co-location的本地化生产模式,让制造商能够对供应商施加更多的影响,最终降低成本,并获得当地政府更多的支持。

LuxResearch的这篇报告肯定了电池正极是锂离子电池中花费最高的部件,因为其原料中包括价格昂贵的镍,钴和锂。举例来说,一家产能为1-GW·h的韩国工厂所生产的镍钴锰酸锂(NMC)袋状电池的正极材料所耗费的成本占到电池总成本的25%,而其余的成本组成分别为:电池组管理系统-16%,电池组热学系统-8%,负极材料-8%,生产设备折旧-8%,电池单体生产人工成本-8%,电池单体制造的土地使用成本-6%,电池单体固定成本-6%,电池组生产人工成本-5%,集流器-3%,电池隔膜-3%,电解质-1%。

Laslau认为,插电式电动车电池的价格在未来十年的发展趋势难以预测,“在未来5到10年,我们有可能会看到行业的整合,也许市场上只会剩下两三家大型供应商,这意味着要争取市场份额,企业之间将会进行激烈的价格战”。

作者:Steven Ashley

来源:SAE《汽车工程杂志》

转自:SAEInternational 公众号

SAE 2015新能源汽车系列活动

1 技术论坛

SAE 2015 新能源汽车国际论坛

9月15-16日

• 新能源汽车的未来战略、前景与挑战

• OEM的新能源战略与设计

• 车联网基础建设与充电标准

• 动力传动系统

• 零部件测试

• 能量储存系统研发

• 产业分会 - 投资并购、技术转让

2技术研讨会

1. EV/HEV电池设计原理及发展趋势

9月17-18日

2. 高压电池系统的安全处理

9月19日

主讲:Erik J. Spek

Erik J. Spek 是TÜV南德意志集团加拿大公司的总工程师,主要负责北美洲的电池认证服务。

曾经撰写及与他人共同撰写关于硫化钠电池开发和锂电池测试的相关论文和文章。Spek先生曾经是ABB(高级电池系统)硫化钠电池团队的成员,该团队曾经为福特生态之星项目提供了38千瓦时电池组,目前正在和其他人共同申请双极钠金属氯化物电池的专利。

联系

联系人:江捷 先生

电话:021-6140-8921

Email: Jay.Jiang@sae.org

了解更多论坛及研讨会详情

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