电动车电池,成本下降趋势能否持续?

电动车电池,成本下降趋势能否持续?

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新能源造车领域热度不减。市场上不仅有小鹏、理想、蔚来、威马这类新势力车企,百度、小米、恒大等行业巨头也纷纷官宣跨界造车。

关于跨界造车的拓展阅读,点击直达:GLG洞见 | 跨界造车狂潮:各行皆可新能源?

对于造车企业而言,动力电池的重要性不言而喻。它决定了一辆电动汽车的动力性能、续航能力、安全性,同时动力电池也是电动汽车成本占比最高的零部件。动力电池的成本,很大程度上决定了电动汽车的成本以及售卖的价格,进一步决定了与燃油车相比新能源汽车是否具备足够的市场竞争力。新造车行业的创业者们,通常会把一个愿景挂在嘴边——推动电动汽车和燃油车平价。但这个愿景得以实现的前提,是动力电池的价格足够便宜。

2016年的通用汽车股东大会曾宣布,当年稍晚上市的最新款电动车需要为动力电池支付145美元每千瓦时的费用。五年后的今天,同款动力电池的费用约为130美元每千瓦时,但这一价格仍不算便宜。随着材料的改变和生产的改进,以及通用汽车和LG化学之间的合作整合,专家预计在2024年,价格应该会降至100美元每千瓦时。

届时,就售价25,000美元的电动汽车盈利水平而言,这一成本可以帮助汽车制造商达到一个盈亏的平衡点——这对厂商来说是极大的利好消息。

在临近这个十年期的末尾时,动力电池成本可能会下降到每千瓦时 75~85 美元,这将需要对动力电池的材料和容量做重大升级。 在这个价格点,电动汽车、SUV、MPV、卡车的利润实际上要比同等的燃油车更高,这意味着汽车制造商将有可能转变他们的制造重心。

 

动力电池:必行之路

但是,在我们到达上文提到的这个情景之前,还有很长的路要走。 动力电池对电动汽车至关重要,因为它们为汽车提供动力,也是最昂贵的组件,因此会影响汽车制造商的盈利能力。

材料在动力电池的成本中占比大约 70% 到 80%,其中阴极材料占 40% 之多。 由于材料成本相对于动力电池的整体成本占比很高,因此有许多低成本、高容量、高动力的新材料正在开发当中。

目前动力电池主要有三种形式:圆柱型特斯拉使用)、方形软包(从本质上来说是一种聚合物铝层压材料,用于封装动力电池或动力电池的电极)。 无论何种形式,发热是动力电池发生化学反应的头号杀手,它会导致动力电池退化、容量损失和早期故障。 以下为专家总结中每种动力电池的优缺点:

圆柱形

  • 优点:容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)
  • 缺点:动力电池组的形状导致能量密度损失(矩形盒中放置圆形动力电池);由于需要额外的材料来固定,所以往往更重;低容量意味着与其他动力电池形式相比,动力电池组需要更多的动力电池;动力电池罐会猛烈地排气;不适合未来的动力动力电池发展需求,特别是固态反应
  • 知名供应商:松下、LG 化学、三星 SDI、萨夫特

方形

  • 优点:稳健;拥有大量供应商,使其在成本方面具有竞争优势
  • 缺点:由重金属制成,导致动力电池组很重;未来需要改变内部设计
  • 知名供应商:松下(及其子公司三洋)、三星 SDI、CATL、Northvolt、比亚迪

软包

  • 优点:由于采用了聚合物层压材料,成本低,重量轻;不能制成较厚的动力电池,因此更容易控制热;比其他形式使用寿命更长;因其膨胀和收缩能力,似乎更适合未来需求;熔点较低,导致气体和烟雾排放更少,因此更安全。
  • 缺点:处理动力电池时需要更加谨慎
  • 知名供应商:LG 化学、SK 创新、远景 AESC、孚能科技、光宇集团、万向 A123

目前动力电池存在的一个主要问题是:仅阴极材料就占其成本的 40%。近些年来,各个企业尝试在阴极材料中降低钴含量的同时增加了镍的含量,期待降低材料价格的同时能提高能量密度。 那么未来阴极材料中的镍元素会是下一个被淘汰的对象吗? 提出这一问题,主要是是出于环境保护的原因,因为一些可溶镍化合物如果进入饮用水中,可能会诱发癌症。

要逐步减少镍元素在动力动力电池中的使用,其中一种方法是引入 5 V的阴极材料,这种材料通常不含镍或镍含量很低。 其中最大的亮点是,它将减少动力电池组中的动力电池数量。如果公司能够减少动力电池组中 15% 的动力电池数量,就会帮助节省大量成本。 不幸的是,目前没有优质的 5 V材料。另一种方面是阳极材料的升级迭代, 生产商在锂离子系统和硅含量达 90% 以上的硅电极方面已经做了大量的新尝试工作,未来期待看到改变。

 

降低能源动力电池成本的其他办法

为了保持较低成本,生产商应考虑将动力电池的部件供应本地化,包括电解质分离器、阴极和阳极材料。 如果动力电池生产地位于汽车工厂附近,运输成本就可以降低。

垂直整合是另一种降低成本的方法,特别是对于动力电池制造商和原始设备制造商之间的合资企业。

 

电动汽车的未来:硅基阳极动力电池?

但是在电动汽车的行业里,出色的动力电池技术更能帮助企业在行业内拉开差距。 最有前景的是硅基阳极型动力电池。 与锂离子动力电池相比,它们具有更出色的能量和动力性能,因为它们使用的是液体电解质和纤薄的分离器材料。 然而,阳极型动力电池的循环寿命不如锂离子动力电池。

大多数公司都认为至少在短期内,行业趋势很可能会从锂离子动力电池转向更高能量密度的硅基阳极型动力电池,但专家预测这至少要等到固态动力电池在汽车行业中展露商业可行性之后。


Greg MacLean 博士是通用汽车公司高级动力电池部门的前首席工程师和 BOM Family Owner。 该动力电池被用于通用汽车的所有 48V、HEV、PHEV/EREV 和 EV 动力电池组和车辆。 在通用汽车任职期间,Greg 还负责对通用汽车的原始设备制造商竞争对手使用的动力电池以及世界各地主要动力电池制造商开发的动力电池进行基准测试。


本篇电动汽车行业洞见改编自GLG格理集团电话会议:电动汽车动力电池组解析。如果您想获取本次电话会议的会议纪要或者想与包括本文作者在内的GLG专家库90多万专家中的任何一位交谈,请与我们联系

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