關(guān)于鋰離子動力電池組的成本分析

1、關(guān)于鋰離子動力電池的成本分析一、鋰離子動力電池的目標(biāo)市場鋰離子電池由于工作電壓高、儲能較大、無記憶性和質(zhì)量輕等優(yōu)勢發(fā)展迅速，一直在移動通訊、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(rèn)為是最有效的能量工藝裝置；同時新能源（太陽能、風(fēng)能）并網(wǎng)發(fā)電站項目建設(shè)步伐加快，鋰電池組為代表的儲能技術(shù)成為核心發(fā)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(shè)計過程中就要注意減小電池的內(nèi)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(zhì)上遷移的距離小，總內(nèi)阻減

2、小，可以支持大電流，以達(dá)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(nèi)阻和容量的時候可以把容量排在前面，當(dāng)然在增大容量的過程中也要盡可能地減小內(nèi)阻。二、鋰離子動力電池組的產(chǎn)業(yè)鏈狀況結(jié)合項目目前的狀況，這里重點討論電芯的成本情況，因為作為一個電池組（電池包），電芯是基礎(chǔ)，多個電芯串并聯(lián)組成電池組，多電池組串并聯(lián)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(shè)備、軟件等固定成本相關(guān)。電芯的關(guān)鍵是：正極（陰極）、負(fù)極（陽極）、電解液和隔膜。三、鋰離子電池的成本分析1、正極（陰

3、極）材料：鋰離子電池的主要構(gòu)成材料包括電解液、隔離材料、正負(fù)極材料等。正極材料占有較大比例（正負(fù)極材料的質(zhì)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，其成本也直接決定電池成本高低。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LiNi0.17Li0.2Co0.07Mn0.56O2，日產(chǎn)公司與日本新能源產(chǎn)業(yè)機構(gòu)（NEDO）聯(lián)合開發(fā)的一種預(yù)期可提供更高容量的固溶體材料，預(yù)計電位可增至5V以上，能量密度280mAh/g（磷酸鐵鋰170mAh/g），該材料也是項目組未來使用的主要材料之一。目前國內(nèi)正極材料的價格：鈷酸鋰   &

4、#160;       30.3萬/噸         鈦酸鋰           21.0萬/噸         錳酸鋰           6.0萬/噸  

5、       釩酸鋰           6.0萬/噸         鎳鈷酸鋰         20.1萬/噸         鎳鈷鋁酸鋰     

6、  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(fù)極（陽極）材料：鋰離子電池負(fù)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(fù)極固態(tài)結(jié)構(gòu)中有較高的擴散率；高度的脫嵌可

7、逆性；良好的電導(dǎo)率及熱力學(xué)穩(wěn)定性；安全性能好；與電解質(zhì)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(fù)極材料的研究較多有：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(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化的是碳材料，其中石墨類碳材料技術(shù)比較成熟，在安全和循環(huán)壽命方面性能突出，并且廉價、無毒，是較為常見的負(fù)極材料。而人造石墨通過對天然石墨的氧化進(jìn)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(fù)極材料。目前國內(nèi)產(chǎn)品價格在6萬/噸-10萬/噸之間；日本產(chǎn)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)定性方面，電解液一直居于

8、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(guān)東電工化學(xué)每年生產(chǎn)LiPF6達(dá)到 950噸（主要用于宇部），SUTERAKEMIFA 年產(chǎn)800噸（主要用于ECOPRO），世界最大的鋰鹽生產(chǎn)商森田化學(xué)年產(chǎn)960噸（主要用于三菱）。目前國內(nèi)一些企業(yè)也號稱生產(chǎn)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，還有待商榷。不過，目前國內(nèi)已有多家上市公司在實施鋰離子動力電池用電解液的產(chǎn)業(yè)化工作。目前國內(nèi)采購日本產(chǎn)品價格在35萬/噸-40萬/噸，其實成

9、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(fù)極隔開，并且具有電子絕緣性和離子導(dǎo)電性；同時還具有“熱關(guān)閉”的特性。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、電解液的保持性和電池的內(nèi)阻等，進(jìn)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(guān)鍵指標(biāo)，但是隔膜制備的關(guān)鍵技術(shù)被日本掌握。國內(nèi)雖有部分廠家，包括一些上市公司在重點實施研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作，但是離用于鋰動力電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化尚有一段距離。目前國內(nèi)采購日本產(chǎn)品價格在2055元/m2。但是，目前國內(nèi)從日本進(jìn)口的隔膜也非日本的主流產(chǎn)品。 5、目前單體電芯，國內(nèi)主要材料占比為6、日本單

10、體電芯的資料：能量型電池功率型電池?zé)o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(jié)構(gòu)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，這就主要是制造設(shè)備的投入、電池設(shè)計中開發(fā)支出的投入、電池管理系統(tǒng)研發(fā)的投入。8、電池管理系統(tǒng)的成本 電池管理系統(tǒng)對電池組的安全使用至關(guān)重要，但是作為一種電路，它的成本主要是設(shè)計成本，就像設(shè)備一樣，是一筆巨大的投入，但是如果電池的生產(chǎn)達(dá)到了一定的規(guī)模，它是有攤薄效應(yīng)的。四、動力鋰電池未來成本趨勢主流廠商的成本情況1、日本的成本降低目標(biāo)不斷提高鋰電池的性能，并通過促進(jìn)電動汽車的發(fā)展達(dá)到鋰離子動力電池的經(jīng)濟規(guī)模產(chǎn)量。

11、2、我國的成本降低目標(biāo)五、未來鋰離子動力電池成本降低的設(shè)想1、降低鋰離子電池的主要材料成本，尤其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(jìn)口，如果實現(xiàn)國產(chǎn)化則可大大降低制造成本，目前國內(nèi)已經(jīng)有兩三家企業(yè)突破了隔膜制造技術(shù)，開始批量生產(chǎn)，但還不能完全替代進(jìn)口隔膜。2、在保證安全性的基礎(chǔ)上不斷提高電池的能量密度，可以通過正極材料、負(fù)極材料改性及電解液的不斷改進(jìn)來達(dá)到目標(biāo)。3、提高鋰離子動力電池制造設(shè)備的自動化程度，減少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(nèi)市場的情況，以及實際情況，所以計算的比例略有出入，而且電池內(nèi)部由

12、于結(jié)構(gòu)、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，這里只是粗略的計算，隨著電池設(shè)計工作的不斷深入，該數(shù)據(jù)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，產(chǎn)品實際比容量一般為140 mAh/g（0.2C, 25°C）;但考慮粘結(jié)劑等物質(zhì)的添加，實際比能量為100 mAh/g。其理論電壓為3.6v，但一般認(rèn)為3.3v-3.6v為虛電，實際電壓為3.3v，但該數(shù)據(jù)被認(rèn)為是在小電池上的數(shù)據(jù)，應(yīng)用于動力電池后，也就在2.9v以上，這里按3v計算。實際比能量：100 mAh/g，即每安時為0.01公斤，按每公斤180元計算，每安時1.8元。2、 負(fù)極

13、以人造石墨為例，其理論可逆比容量260 mAh/g，產(chǎn)品實際比容量一般為240 mAh/g；也是考慮各種影響后，實際比能量為170 mAh/g。實際比能量：170 mAh/g，即每安時為0.00588公斤，按每公斤140元計算，每安時0.823元3、 電解液：電解液的注液量計算比較復(fù)雜，首先電解液要與正負(fù)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(chǎn)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(nèi)阻，所以這里只能根據(jù)理論模型進(jìn)行測試。 2.5g=780.3mAh 即每安時=0.003公斤，按每公斤400元計算，每安時為1.2元。3.4g=826.5mAh 即每安時=0.004

14、公斤，按每公斤400元計算，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(shè)計等通盤考慮，這里僅選用日本某款電池設(shè)計的數(shù)據(jù)，每千瓦時17.7平米，每安時（按3v折算）為0.0536平米，每平米按35元計算，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）降低成本的討論1、提高材料的性能。 以正極材料為例，如果通過材料改性，提高了比能量，勢必會降低成本，例如，通過減少添加劑將磷酸鐵鋰的比能量提升到140mAh，正極材料成

15、本就會降為每安時1.38元，對總成本的貢獻(xiàn)就是6%。對于負(fù)極材料，利用專家擅長的天然石墨改性，比能量可以提升到365mAh，負(fù)極材料成本就會降為每安時0.38元，對總成本的貢獻(xiàn)6.7%。 其實材料改性的真實目的不是降低成本，而是在現(xiàn)有價格基礎(chǔ)上，提升電池的整體性能，提升性價比。2、提高設(shè)備與工藝的貼合度與自動化程度，進(jìn)而提高單臺產(chǎn)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(xiàn)每小時20L的攪拌量，按每天有效攪拌時間20小時計算為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)省的功效為42.85%。3、擴大產(chǎn)能 電池組的制作特點，pack工序

16、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(chǎn)業(yè)環(huán)境變化對成本的影響1、新技術(shù)的誕生 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(yuǎn)沒有固定下來。就以最新的技術(shù)來說，據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)8月4日（北京時間）報道，一個日本研究小組開發(fā)出一種能像電解液一樣產(chǎn)生電流的固態(tài)電介質(zhì)，并用其制造出了固態(tài)鋰電池，其導(dǎo)電性可達(dá)到現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池的水平。研究人員表示，由于固體更緊密堅固，這種高導(dǎo)電性的固態(tài)鋰電池能在更寬的溫度范圍下供電，抵抗物理損傷和高溫的能力更強。該技術(shù)可能擺脫電池對隔膜的依賴。2、鋰電池所需材料相關(guān)的材料制備技術(shù) 以納米技術(shù)為代表的新材料制備技術(shù)的突破，對未來材料的改性奠定了良好的基礎(chǔ)，勢必增加材料的穩(wěn)定性，提高了材料的可靠性與安全性。這對降低成本、提高性價比很有幫助。3、基礎(chǔ)材料的日趨緊張 鋰離子動力電池對特殊金屬材料的依賴還是比較重的，隨著