通过改进工厂结构、工厂数字化和工厂流程来向未来工厂过渡,电池制造商可以减少每千万时电池组的成本约20%。除材料外的电池生产过程成本有望降低20~35%。

全球动力电池的产量预计很快将高于全球动力电池市场需求的40%左右,进而给这个行业造成了巨大的价格压力。动力电池产量的增长速率远超过了需求增速,将会导致动力电池产品的价格不断下降。

生产商必须降低生产成本

通过改进工厂结构、工厂数字化和工厂流程来向未来工厂过渡,电池制造商可以减少每千万时电池组的成本约20%。除材料外的电池生产过程成本有望降低20~35%。采用数字技术可以降低成本,进而推动经济研发新电池材料以及相关的机械设计。

每个利益相关者必须采取行动来捕捉利益

电池制造商必须对现有的工厂设备进行数字化升级或者新建具有未来工厂概念的工厂。未来的电池工厂可以通过降低美国和西欧汽车制造商的抵岸成本,从而在2030年之前达到与燃料汽车进行价格竞争的水平。

电动汽车的时代即将到来,电池将逐渐成为移动的主要动力来源。为了获得市场份额,实现规模经济,电池生产商需要大幅提高生产能力。但是这一做法可能会造成整个行业的经济下滑。

BCG预计2021年,全球电池产量将高于需求量约40%,这将给电池价格造成巨大压力。即便是新兴的电池生产商也不得不通过大幅降价来获取竞争激烈市场中的销售份额。电池生产商只有通过降低电池的生产成本,才能在确保利润的前提下降低销售价格。

BCG研究发现,在产能过剩的市场,提高电池生产的运行性能是提高市场竞争力的最有效途径。电池生产商只有通过实施未来工厂的概念,利用工业4.0的技术来改进工厂结构和工厂流程,才能提高生产运行效率。(参阅波士顿咨询公司(BCG),《2016年未来工厂研究》)

通过向未来工厂转型,电池生产商可以降低资本支出、日常开支同时提高收益率,从而可以降低每千万时电池组的成本约20%。20~35%生产成本(不包括材料)的降低可通过电池生产的重要环节:电极生产、电池组装、电池完成。其中,在电极生产过程中,通过缩短干燥时间,生产速率得以提高,同时生产设备的成本也相应地降低。在电池组装环节,数据驱动的自动化参数设置提高了生产精度同时缩短了生产时间。在电池完成出厂中,通过缩短成型和老化的时间,资本花费可以大大减少。

电池生产商和汽车制造商必须采取相应的措施才能有效地降低这些生产成本。生产商可以对现有工厂的结构和流程进行数字化改造并设计成为未来工厂。对美国和西欧的电动汽车制造商而言,电池未来工厂的实现将促使电动汽车在2030年之前具备与传统燃料汽车竞争的价格水平。

低成本电池市场的需求正在迅猛增长

低成本电池市场的需求正在迅猛增长

通过对电动汽车的预测,我们估测了电池的市场需求。(见示图1和电动车引爆点:电动化、自动驾驶和共享出行—汽车行业的未来,BCG的焦点,2018年1月。)模型考虑了四种电动车的电池容量要求和使用率,具体的假设如下:

中型混合动力电动汽车(MHEVs)有一个内燃机和一个电池容量约为5kWh的小功率动电动机。我们假设到2030年,MHEVs将占全球汽车市场的15%。

混合动力汽车(HEV)有一个内燃机和一个电池容量约10kWh的中型电动机,同时假设2030年的市场份额约13%。

插入式混合动力电动汽车有一个ICE和一个电池容量约为18kwh的大功率电动机,假设2030年的市场份额仅为6%。

纯电动汽车(BEVs)有一个由大容量电池供电的电动机。根据不同的车辆类型,电池的容量最高可能达到110kWh,同时假设2030年,BEVs的市场份额将占14%左右。

BEVs将占电池容量市场需求的最大的份额。为了深入了解不同BEVs对电池的市场需求,我们对四种类型的BEVs及其电池容量进行研究。

城市车。这种小型车通常适合在城市内短途行驶。其电池可通过车库或街道插座的标准电压隔夜充满。我们预测这一类型的汽车将在2030年占BEV市场份额的20%左右。

家庭轿车。这类车适合中程,城市间的行驶。电池需要通过高功率充电桩进行充电,充电的时间大约30分钟到60分钟。预计将在2030年占BEV市场份额的40%左右。

高档车。这类车是BEV中具有功率最大发动机的电动车,其行驶路程可达到500英里。电池完全充满将大约需要2个小时。充电15分钟,至少可行驶125英里。预计这类车在2030年占BEV市场份额约25%。

自动驾驶出租车。这类车将用于城市交通。先进的车队管理和适用于大功率电站的快充技术(10~15分钟)可以允许行驶里程达到125英里。无人驾驶车将会卖给车队管理公司,而不会卖给消费者。同时我们预计2030年这类车占BEV市场份额的15%左右。

基于这些假设,电池的年需求量将从2017年的70千兆瓦时到2030增长到800~900千兆瓦时。

汽车制造商不仅需要更大的电池容量来满足电动汽车的需求同时也渴望更廉价的电池。现阶段行业的基准水平表明,动力传动系统(包括电机、电力电子和电池组)将占BEVs成本的50%以上。相比之下,内燃机汽车的动力传动系统仅占传统汽车成本的16%左右(见示图2)。电池组(包括电池管理系统)占据整个车辆成本的35%左右,是主要的成本支出。因此,那些试图降低BEVs成本的公司必须实现一个目标:降低电池组的成本。

内燃机汽车的动力传动系统仅占传统汽车成本的16%左右

一个电池组由多个电池模块构成,而一个电池模块通常又包含6~12个电池。其中,电池是成本最高的部件,约占电池组总成本的70%。现阶段,尽管大多数大型汽车制造商将电池生产业务外包给电池生产公司,但是汽车公司内部仍将继续进行电池的模块和封装。这是因为电池模块和封装是决定电动汽车的行驶里程和充电速率的主要因素,而汽车制造商希望可以控制电池组使用和冷却的空间。未来将会使电池组在汽车设计中更加重要。

规划的产量将对价格造成压力

为了通过规模经济效应降低电池生产成本,主要的电池生厂在过去的一年里相继宣布将增加产能。例如,中国电池制造商宁德时代宣布将在欧洲建立第一家动力电池生产工厂地址选在了德国,而美国汽车制造商特斯拉(Tesla)则表示正在考虑在德国建立一家电池生产厂。随着中国制造产能增长速度保持领先,未来超级电池工厂预计将在亚洲诞生。

到2021年,全球电池装机总量将增加一倍以上。尽管全球对动力电池的需求量大幅增长,但短期内仍赶不上电池的计划产量。预计到2020年全球大约有40%的电池产能将闲置,而在中国这一数字将超过60%。此外,许多新增生产电池设计的工厂很快将被淘汰。

为了充分利用电池厂的产能,电池生产商需要大幅降低电池价格。事实上,我们预计未来10年内价格将会减少50%以上。太阳能电池板行业就是一个典型的例子:2006年—2015年太阳能电池行业产能过剩35%导致其价格下跌了50%以上。

电池价格下降将导致制造成本相应的减少,从而才可以确保生产利润。截止到2021年,每千瓦时的成本将从2018年的195美元降至153美元。相比之下,2010年的预测结果对生产商而言更有利,即2010年预测的2021年盈利生产成本为270美元/kWh。2018年的预测值已经相对减少了28%。

基于当前的预测,2021年中型电动汽车电池组的价格将在7600~10700美元之间。在这一情景中,这种类别的电动汽车和内燃机车的差价将降至5000美元以内,从而使得BEVs具有与内燃机车竞争的价格水平,尤其是考虑购置电动车的税费减免政策。尽管低差价将促进BEVs的使用,但是这并不能消除未来电池产能过剩的现象。

电池生产商必须找到由产能过剩所引起的价格压力的对策。那么想要凭借创新产品进入这个行业的公司面临着一个额外的挑战,即在实现规模经济之前,不得不应对更低的价格。

解决方案:降低电池生产成本

由于电池约占电池组总成本的70%,因此电池生产是实现电池组降价目标的最重要的一步。生产成本(不包括材料)占电池成本的30%至40%。(模块和封装成本不在我们的讨论范围内)

电池生产成本通常采用生产成本与能量(kWh)的比值来表示。目前降低电池生产成本的两种主要方式:提高制造精度和先进的化学物质来增加同等体积和质量下的能量值(即为能量密度)同时应用未来工厂的元素(这可以改进工厂结构和流程以及增加工厂数字化)来降低制造成本。这些方法同样也可以用于电池模块和封装过程中,从而能够在整个电池生产上降低成本(见示图3)。

降低电池生产成本

目前这个行业主要关注于第一种方式。对于现阶段的锂电池技术,其对应的电池能量密度在400WH/l-450WH/l之间。我们预测到2030年其能量密度将增加到650WH/l至700WH/l,这得益于生产精度的提高(能量密度增加150WH/l)和新型的化学材料(能量密度增加100WH/l至150WH/l)。然而由于传统的制造工艺(绕卷)生产误差比较大,因此这类工艺无法经济地实现上述两种方式对应的能量密度增加。

公司可以通过投资一种新的生产工艺(称为堆叠)来生产高能量密度的电池。由于过高的资本需求,通过他们自身的创新来增加电池的能量密度将不足以拯救整个行业的经济。而且电池生产商在生产过程中并没用充分重视数字化技术来降低生产成本。由于劳动力成本仅占整个电池生产成本的较小部分,未来工厂的概念是降低生产成本的最有效方法。

电池网(微号:mybattery)主站、微博、微信、手机客户端及电池智库(邮件直投)等全媒体平台及资源,每日精选电池产业链主流新闻、信息、数据等内容,每天覆盖国内外近百万用户或读者,咨询热线:400-6197-660,投稿信箱:zlhz@itdcw.com。

电池网微信
[责任编辑:陈语]

免责声明:本文仅代表作者个人观点,与电池网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本网证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。

凡本网注明 “来源:XXX(非电池网)”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。

如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。电话:400-6197-660-2 邮箱:119@itdcw。com

动力电池
锂电池
新能源车