關于鋰離子動力電池組的成本分析

1、關于鋰離子動力電池的成本分析一、鋰離子動力電池的目標市場鋰離子電池由于工作電壓高、儲能較大、無記憶性和質量輕等優(yōu)勢進展快速，始終在移動通訊、筆記本電腦等電器上大量使用；近年來隨著新能源汽車的推廣，鋰離子電池被認為是最有效的能量工藝裝置；同時新能源 （太陽能、風能）并網發(fā)電站項目建設步伐加快，鋰電池組為代表的儲能技術成為核心進展的對象；針對電動汽車使用的電池以功率型電池為主，其特點是： 電池的放電倍率很大，那么在設計過程中就要留意減小電池的內阻；在極片的選取上，高功率型的電池極片要厚些，在涂敷的厚度上，高功率型的電池極片要涂得薄些，這樣鋰離子和電子在電阻相對較大的電極活性物質上遷移的距離小，總內

2、阻減小，可以支持大電流，以達到高功率的要求；針對儲能電池以能量型電池為主，其特點與功率電池相反；對于高能量型電池，放電的倍率較小，那么在綜合考慮內阻和容量的時候可以把容量排在前面，當然在增大容量的過程中也要盡可能地減小內阻；二、鋰離子動力電池組的產業(yè)鏈狀況結合項目目前的狀況，這里重點爭論電芯的成本情形，由于作為一個電池組（電池包） ，電芯是基礎，多個電芯串并聯組成電池組， 多電池組串并聯組成電池包， 然后裝在電動車上使用或做儲能電源； 而且其成本特性屬于變動成本，后期電池組裝過程中更多的與設備、軟件等固定成本相關；電芯的關鍵是：正極（陰極）、負極（陽極）、電解液和隔膜；三、鋰離子電池的成本分析

3、1、正極（陰極）材料：鋰離子電池的主要構成材料包括電解液、隔離材料、正負極材料等；正極材料占有較大比例（正負極材料的質量比為3:14 ： 1） , 因此正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接打算電池成本高低；目前鋰離子動力電池場上主要使用以下五種材料：最新炒作比較火的材料是，日產公司與日本新能源產業(yè)機構（ nedo）聯合開發(fā)的一種預期可供應更高容量的固溶體材料，估計電位可增至5v 以上，能量密度280mah/g（磷酸鐵鋰170mah/g），該材料也是項目組將來使用的主 要材料之一；目前國內正極材料的價格：鈷酸鋰.30.3萬/ 噸鈦酸鋰21.0萬/ 噸錳酸鋰6.0萬/ 噸釩酸鋰6

4、.0萬/ 噸鎳鈷酸鋰20.1萬/ 噸鎳鈷鋁酸鋰21.6萬/ 噸三元材料17.2萬/ 噸磷酸鐵鋰（三個級別）15.4萬/ 噸 17.2萬/ 噸 18.3萬/ 噸從目前形勢上看，價格整體呈上漲趨勢；2、負極（陽極）材料：鋰離子電池負極材料要求具備以下的特點： 盡可能低的電極電位； 離子在負極固態(tài)結構中有較高的擴散率； 高度的脫嵌可逆性； 良好的電導率及熱力學穩(wěn)固性； 安全性能好； 與電解質溶劑相容性好； 資源豐富、價格低廉； 安全、無污染；目前，對鋰離子電池負極材料的爭論較多有：碳材料、硅基材料、錫基材料、鈦酸鋰、過渡金屬氧化物等；但是主要應用于產業(yè)化的是碳材料，其中石墨類碳材料技術比較成熟，在安

5、全和循環(huán)壽命方面性能突出，并且廉價、無毒，是較為常見的負極材料；而人造石墨通過對自然石墨的氧化進行表面改性，提高了石墨的電性能，是目前最常用和用量最大的負極材料；目前國內產品價格在6 萬/ 噸-10 萬/ 噸之間；日本產品價格在10 萬/ 噸 -15 萬/ 噸之間，賣到中國12 萬/ 噸-20萬/ 噸；3、電解液：在鋰離子電池的性能和穩(wěn)固性方面，電解液始終居于中心位置；目前常規(guī)的電解液體系一般包括有機溶劑和鋰鹽，ec、dmc、emc、dec、pc 為幾種常見的有機溶劑，鋰鹽是lipf6 ；鋰鹽是電解液制造的重點，鋰鹽目前幾乎被日本幾家企業(yè)壟斷；其中， 關東電工化學每年生產lipf6 達到 95

6、0 噸（主要用于宇部） ，suterakemifa年產 800 噸（主要用于ecopr）o，世界最大的鋰鹽生產商森田化學年產960 噸（主要用于三菱） ；目前國內一些企 業(yè)也號稱生產出鋰動力電池使用的電解液或鋰鹽，但是否能批量用在動力電池上，仍有待商榷；不過，目前國內已有多家上市公司在實施鋰離子動力電池用電解液的產業(yè)化工作；目前國內選購日本產品價格在35 萬/ 噸-40 萬/ 噸，其實成本為10 萬/ 噸；4、隔膜：鋰離子動力電池隔膜是一種具有納米級微孔的高分子功能材料，是電芯的重要組成部分，它起到將正、負極隔開，并且具有電子絕緣性和離子導電性；同時仍具有“熱關閉”的特性；隔膜的性能打算了電池

7、的界面結構、 電解液的保持性和電池的內阻等，進而影響電池的的容量、循環(huán)性能、 充放電電流密度、安全性等關鍵指標，但是隔膜制備的關鍵技術被日本把握；國內雖有部分廠家，包括一些上市公司在重點實施研發(fā)和產業(yè)化工作，但是離用于鋰動力電池的大規(guī)模產業(yè)化尚有一段距離；目前國內選購日本產品價格在20 55 元/m2；但是，目前國內從日本進口的隔膜也非日本的主流產品；5、目前單體電芯，國內主要材料占比為6、日本單體電芯的資料： 能量型電池功率型電池無論是何種工藝，從圖表可以看出，隔膜、正極、電解液是材料的主體；7、鋰離子動力電池總成本結構從上圖中可以看到，電池制造過程中主材和折舊是成本的主要組成，這就主要是制

8、造設備的投入、電池設計中開發(fā)支出的投入、電池治理系統(tǒng)研發(fā)的投入；8、電池治理系統(tǒng)的成本電池治理系統(tǒng)對電池組的安全使用至關重要，但是作為一種電路，它的成本主要是設計成本，就像設備一樣，是一筆龐大的投入，但是假如電池的生產達到了肯定的規(guī)模，它是有攤薄效應的；四、動力鋰電池將來成本趨勢主流廠商的成本情形1、日本的成本降低目標不斷提高鋰電池的性能，并通過促進電動汽車的進展達到鋰離子動力電池的經濟規(guī)模產量；2、我國的成本降低目標五、將來鋰離子動力電池成本降低的設想1、降低鋰離子電池的主要材料成本，特別是隔膜和電解液成本，目前的隔膜和電解液中的六氟磷酸鋰基本靠進口， 假如實現國產化就可大大降低制造成本，目

9、前國內已經有兩三家企業(yè)突破了隔膜制造技術，開頭批量生產，但仍不能完全替代進口隔膜；2、在保證安全性的基礎上不斷提高電池的能量密度，可以通過正極材料、負極材料改性及電解液的不斷改進來達到目標；3、提高鋰離子動力電池制造設備的自動化程度，削減電池的不良品率和材料的綜合利用率六、成本降低的初步想法（一）單體電芯的成本估算（由于該估算考慮了國內市場的情形，以及實際情形，所以運算的比例略有出入，而且電池內部由于結構、材料摻雜不同也會帶來比能量、電壓、以及隔膜、電解液的消耗不同，這里只是粗略的運算，隨著電池設計工作的不斷深化，該數據會不斷變化）1、 正極以磷酸鐵鋰電池為例，其理論比容量為170mah/g，

10、產品實際比容量一般為140mah/g（ 0.2c,25 ° c）;但考慮粘結劑等物質的添加，實際比能量為100mah/g；其理論電壓為3.6v ，但一般認為3.3v-3.6v 為虛電，實際電壓為3.3v ，但該數據被認為是在小電池上的數據，應用于動力電池后，也就在2.9v 以上，這里按3v 運算；實際比能量：100mah/g，即每安時為0.01 公斤，按每公斤180 元運算，每安時1.8 元；2、 負極以人造石墨為例，其理論可逆比容量260mah/g， 產品實際比容量一般為240mah/g；也是考慮各種影響后，實際比能量為170mah/g；實際比能量：170mah/g，即每安時為0.

11、00588 公斤，按每公斤140 元運算，每安時0.823 元3、 電解液：電解液的注液量運算比較復雜，第一電解液要與正負極材料匹配，其次它的濃度、黏度、溫度等都會對電池的性能產生影響，而且注液少了，影響電池性能，注液多了會提升電池內阻，所以這里只能依據理論模型進行測試；2.5g=780.3mah即每安時 =0.003公斤，按每公斤400元運算，每安時為1.2元；3.4g=826.5mah即每安時 =0.004公斤，按每公斤400元運算，每安時為1.6元；這里取平均值，每安時需電解液1.4 元；4、 隔膜：此項也是需要與電池設計等通盤考慮，這里僅選用日本某款電池設計的數據，每千瓦時17.7 平

12、米，每安時（按3v 折算）為0.0536 平米，每平米按35 元運算，即每安時用隔膜1.876 元；5、 綜合上述四種主材的成本，即1.8+0.823+1.4+1.876=5.908元；再考慮銅箔、鋁箔、添加劑等的影響，電芯的材料總成本在6.5 元左右；（二）降低成本的爭論1、提高材料的性能；以正極材料為例，假如通過材料改性，提高了比能量，勢必會降低成本，例如，通過削減添加劑將磷酸鐵鋰的比能量提升到 140mah，正極材料成本就會降為每安時 1.38 元，對總成本的奉獻就是 6%；對于負極材料， 利用專家善于的自然石墨改性，比能量可以提升到 365mah，負極材料成本就會降為每安時 0.38

13、元，對總成本的奉獻 6.7%；其實材料改性的真實目的不是降低成本，而是在現有價格基礎上，提升電池的整體性能，提升性價比；2、提高設備與工藝的貼合度與自動化程度，進而提高單臺產出效率、成品率；已連續(xù)攪拌工藝為例，目前日本中試線規(guī)模的連續(xù)攪拌可以實現每小時20l 的攪拌量， 按每天有效攪拌時間20 小時運算為400l，但是目前使用的傳統(tǒng)攪拌工藝，400l 至少在 35 小時以上，那么節(jié)約的功效為42.85%；3、擴大產能電池組的制作特點，pack 工序前，變動成本大于固定成本，pack 工序后，固定成本大于變動成本，所以適度增加規(guī)模，有利于降低單位固定成本；（三）周邊產業(yè)環(huán)境變化對成本的影響1、新

14、技術的產生客觀地說，直至目前鋰離子動力電池的制造工藝、材料選型遠沒有固定下來；就以最新的技術來說，據美國 物理學家組織網8 月 4 日（北京時間） 報道，一個日本爭論小組開發(fā)出一種能像電解液一樣產生電流的固態(tài)電介質，并用其制造出了固態(tài)鋰電池，其導電性可達到現有液態(tài)鋰離子電池的水平；爭論人員表示，由于固 體更緊密牢固，這種高導電性的固態(tài)鋰電池能在更寬的溫度范疇下供電，抗擊物理損耗和高溫的才能更強；該技術可能擺脫電池對隔膜的依靠；2、鋰電池所需材料相關的材料制備技術以納米技術為代表的新材料制備技術的突破，對將來材料的改性奠定了良好的基礎，勢必增加材料的穩(wěn)固性，提高了材料的牢靠性與安全性；這對降低成本、提高性價比很有幫忙；3、基礎材料的日趨緊急鋰離子動力電池對特別金屬材料的依靠仍是比較重的，隨著產量的增加，對特別金屬的需求也會相應增加，勢必造成材料成本的上升；其實