动力锂电池成本分析.doc

動力鋰電池成本趨勢分析動力鋰電池成本未來10年持續降低，到2015年估計能達到400美元/kWh，2020年達到236美元/kWh。未來10年還需要國家政策的強力資金補助，以推動產業快速發展。大規模量產雖然對成本降低起到很大作用，但並非決定因素，持續的研發以提高電池性能更為關鍵。 20102020年動力鋰電池成本趨勢Source：拓墣產業研究所，2010/12一. 動力鋰電池成本相關議題 作為電動汽車市場發展的一個重要因素，動力鋰電池的成本一直備受關注。然而，要準確衡量鋰電池的成本比較困難，原因有多方面：(1)鋰電池的種類很多，涉及的原材料和產品性能不同；(2)大部分廠商才剛剛啟動大規模的量產項目，在成本方面缺少歷史資料，且廠商也趨向於對成本保密；(3)非材料的成本如研發、人力等變化較大，不容易確定。而了解動力鋰電池的成本首先須探討其價值鏈、衡量方法和類別差異。 (一) 鋰電池的價值鏈 動力鋰電池的核心是電池芯，由多個電池芯串並聯組成電池組，多個電池組串並聯構成電池包，然後放入電動汽車使用。由於鋰電池過充過放會損壞，因此每個電池組需要有有控制電路。 電池芯的關鍵部分是正極、負極、電解液和隔離膜。製造正極的關鍵材料是各種金屬化合物，根據不同的電極所需材料不一，常用的有Li化合物、Co化合物、Mn化合物和Ni化合物；負極關鍵材料常用的是石墨，也有鈦酸鋰。電解液由有機溶劑和鋰鹽組成，有多種可選擇配方。而產業界正對各種新材料進行研究，力圖得到更高性能的電池。 圖一鋰電池價值鏈分析Source：拓墣產業研究所，2010/12(二) 鋰電池的能量和功率 儘管鋰電池種類多樣，但作為動力電池的應用來看，常考量的有兩個因素：能量和功率。能量決定了汽車能行駛的路程，功率則描述汽車能加速多快；這兩個因素和電動汽車的類型緊密聯繫，不同能量和功率的電池應用於不同的車輛類型。 電動汽車的3種類型：HEV(混合動力)、PHEV(插電式混合動力)和EV(純電動)，分別對電池有不同要求。HEV偏重高功率以支援經常性的加速，EV偏重高能量以維持較長行駛距離，PHEV則介於兩者之間。 由於3種類型電池的側重點不同，因而對於電池成本的衡量也採取不同因素來考量。高功率電池的成本按美元/kW衡量，高能量電池的成本按美元/kWh衡量，用於PHEV的電池一般以能量衡量成本。對功率要求高的電池通常有較高的每kWh成本，如HEV用的電池；反之，EV用的電池有最低的每kWh成本。功率與能量的比值P/E表示每單位能量有多少功率，可用來衡量電池的應用。美國能源部(DOE)將其分類，EV用電池的P/E值約為2，PHEV的介於315之間，HEV則在1520，甚至更高。P/E值越低，則該類型電池的每kWh成本越低。 圖二不同電動汽車對電池性能的要求Source：DOE；拓墣產業研究所整理，2010/12(三) 各類別鋰電池成本比較 根據使用的正極材料和負極材料的不同，鋰電池有多種類型，不同類型的成本不一，在滿足性能要求外，對低成本的追求一直是產業界所致力於的事業。LFP、NCM、LMO/LMS這3類電池，目前為最多的廠商採用。LFP由於採用便宜的Fe，極具成本優勢，中國大部分鋰電池廠商和美國A123採用該技術。NCM和LMO/LMS主要為日韓廠商採用，技術較成熟，但長期來看成本比LFP高。幾種電池將並行發展，各自有一定規模市場，但最終將有12種技術憑藉較低的製造成本和能滿足要求的性能佔據主流。 表一不同類型鋰電池成本比較Source：拓墣產業研究所，2010/12二. 動力鋰電池成本現狀 最瞭解動力鋰電池成本的應屬目前已量產的廠商，多數廠商不透露自己的成本，但還是有少部分廠商傳達了一些資訊，包括A123、Nissan、JCS和Sanyo，成本幅度在7001,375美元/kWh之間。儘管這數值不見得準確，但大致範圍可以參考。 表二部分廠商透露的動力鋰電池生產成本Source：拓墣產業研究所整理，2010/12由於產能大小對成本的影響較大，多數研究者得出的成本是基於某個假定的產能；不同研究機構所得的數據差異較大，但都一致認為大規模量產將促進成本降低，只不過降低幅度有差異。而鋰電池性能的提升也對成本降低起到重要作用，甚至是關鍵的地位。 表三各文獻的動力鋰電池成本估計Source：MIT；拓墣產業研究所整理，2010/12通過分析各種資料及廠商訪談，拓墣產業研究所(TRI)認為，動力鋰電池成本目前大致範圍在7001,300美元/kWh。成本浮動根據廠商技術水準、規模、勞力研發成本等變化。鋰電池的電池芯成本占總成本的約65%，電池組的生產占30%，電池包成品占5%。 圖三鋰電池成本構成Source：公司數據；BCG；拓墣產業研究所整理，2010/12電池芯成本占電池包總成本的比例並非絕對，受到兩者規格的影響。採用同樣的電池芯，則電池包能量越大，電池芯成本所占比例趨向於越大，這是因為構成電池包的電子元件和傳感器等成本相應增大的幅度較小。Kalhammer在2007年給美國加州空氣資源理事會(ARB)的報告中通過考察許多鋰電池製造商，總結出從電池芯到電池組和電池包的大致成本比例換算因子，在目前變化應不是太大。 表四電池芯到電池組和電池包的成本比例換算Source：Kalhammer；拓墣產業研究所整理，2010/12三. 動力鋰電池的未來成本趨勢 (一) 日本和美國的成本降低目標 日本經濟產業省(METI)在2006年訂立至2030年的電池研發目標，致力於確保該領域的世界領先地位。方向是不斷提高鋰電池的性能，同時發展鋰電池之後性能更加優良的電池，通過促進EV的發展達到鋰電池的經濟規模量產，以及創造二次電池利用的環境。對電池成本降低的目標是2010年達到2006年成本的1/2，2015年達到1/7，而2030年通過採用後鋰電池技術的創新型電池，使成本降低到1/40，同時性能提高7倍，此時的電動車可以不受行駛距離的約束。 METI制定該計畫以2006年電池成本為20萬日圓/kWh為標準，到2010年成本降低一半為10萬日圓/kWh，合約1230美元/kWh(按1日圓=0.0123美元換算)。到2015年，電池成本將能滿足一般通勤EV使用和PHEV。之後的電池技術則是與之前鋰電池完全不同的新技術，性能跳躍性提升，成本大幅度降低。 圖四日本的動力電池發展目標Source：METI；拓墣產業研究所整理，2010/12與METI類似，美國先進電池聯盟(USABC)制定了能使電動車商業化使用的電池成本最低目標。EV電池的成本須達到150美元/kWh，PHEV電池達到(300美元/kWh)，HEV電池的功率成本達到20美元/kW，這裡成本指的是給OEM的價格。該目標並沒有明確實現的年限，只是作為電動車能商業化運營的參考成本。從目前的廠商技術水平來看，與該目標還相差甚遠。 表五美國USABC電池成本目標Source：USABC；Kalhammer；拓墣產業研究所整理，2010/12日本和美國的規劃都強調後鋰電池技術的重要性，其應是EV真正大規模市場化的保證。現有的鋰電池性能受到所使用材料的制約，成本難以突破性地降到很低。 (二) 未來成本趨勢 從19952006年，應用於消費電子的18650鋰電池成本降低了80%，成本降低的速度在後幾年逐年減小。 圖五19952006年消費電子用18650鋰電池價格Source：Goldman Sachs，2010/12出於全球對節能減排的關注，對EV的需求及對電池技術的大量資金投入，TRI認為未來10年鋰電池將加速發展。2010年的成本按中間值900美元/kWh計，到2015年達到400美元/kWh，此後降低速度變慢，到2020年估計能達到236美元/kWh。成本降低的動力包括大規模量產、採用成本較低的材料或新材料及技術的進步。其中新技術新材料的採用，將對成本的降低起到巨大推動作用，因此持續的研發投入極為關鍵。 圖六20102020年動力鋰電池成本趨勢Source：拓墣產業研究所，2010/12四. TRI觀點 (一) 動力鋰電池成本影響因素多，目前約在7001,300美元/kWh 衡量動力鋰電池成本受到多方因素影響，包括使用材料、應用類型、量產規模、技術水平等較難確定。綜合考慮各種情況，TRI認為目前的動力鋰電池成本在7001,300美元/kWh範圍比較合理。 (二) 動力鋰電池成本未來十年持續降低，持續研發極為關鍵 動力鋰