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      新聞中心

      2021年全球動力電池產量將高于需求40% 電池制造成本將再降20%

      2019-12-02

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      全球動力電池的產量預計很快將高于全球動力電池市場需求的40%左右,進而給這個行業造成了巨大的價格壓力。動力電池產量的增長速率遠超過了需求增速,將會導致動力電池產品的價格不斷下降。

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      生產商必須降低生產成本

      通過改進工廠結構、工廠數字化和工廠流程來向未來工廠過渡,電池制造商可以減少每千萬時電池組的成本約20%。除材料外的電池生產過程成本有望降低20~35%。采用數字技術可以降低成本,進而推動經濟研發新電池材料以及相關的機械設計。

      每個利益相關者必須采取行動來捕捉利益

      電池制造商必須對現有的工廠設備進行數字化升級或者新建具有未來工廠概念的工廠。未來的電池工廠可以通過降低美國和西歐汽車制造商的抵岸成本,從而在2030年之前達到與燃料汽車進行價格競爭的水平。

      電動汽車的時代即將到來,電池將逐漸成為移動的主要動力來源。為了獲得市場份額,實現規模經濟,電池生產商需要大幅提高生產能力。但是這一做法可能會造成整個行業的經濟下滑。

      BCG預計2021年,全球電池產量將高于需求量約40%,這將給電池價格造成巨大壓力。即便是新興的電池生產商也不得不通過大幅降價來獲取競爭激烈市場中的銷售份額。電池生產商只有通過降低電池的生產成本,才能在確保利潤的前提下降低銷售價格。

      BCG研究發現,在產能過剩的市場,提高電池生產的運行性能是提高市場競爭力的最有效途徑。電池生產商只有通過實施未來工廠的概念,利用工業4.0的技術來改進工廠結構和工廠流程,才能提高生產運行效率。(參閱波士頓咨詢公司(BCG),《2016年未來工廠研究》)

      通過向未來工廠轉型,電池生產商可以降低資本支出、日常開支同時提高收益率,從而可以降低每千萬時電池組的成本約20%。20~35%生產成本(不包括材料)的降低可通過電池生產的重要環節:電極生產、電池組裝、電池完成。其中,在電極生產過程中,通過縮短干燥時間,生產速率得以提高,同時生產設備的成本也相應地降低。在電池組裝環節,數據驅動的自動化參數設置提高了生產精度同時縮短了生產時間。在電池完成出廠中,通過縮短成型和老化的時間,資本花費可以大大減少。

      電池生產商和汽車制造商必須采取相應的措施才能有效地降低這些生產成本。生產商可以對現有工廠的結構和流程進行數字化改造并設計成為未來工廠。對美國和西歐的電動汽車制造商而言,電池未來工廠的實現將促使電動汽車在2030年之前具備與傳統燃料汽車競爭的價格水平。

      低成本電池市場的需求正在迅猛增長

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      通過對電動汽車的預測,我們估測了電池的市場需求。(見示圖1和電動車引爆點:電動化、自動駕駛和共享出行—汽車行業的未來,BCG的焦點,2018年1月。)模型考慮了四種電動車的電池容量要求和使用率,具體的假設如下:

      中型混合動力電動汽車(MHEVs)有一個內燃機和一個電池容量約為5kWh的小功率動電動機。我們假設到2030年,MHEVs將占全球汽車市場的15%。

      混合動力汽車(HEV)有一個內燃機和一個電池容量約10kWh的中型電動機,同時假設2030年的市場份額約13%。

      插入式混合動力電動汽車有一個ICE和一個電池容量約為18kwh的大功率電動機,假設2030年的市場份額僅為6%。

      純電動汽車(BEVs)有一個由大容量電池供電的電動機。根據不同的車輛類型,電池的容量最高可能達到110kWh,同時假設2030年,BEVs的市場份額將占14%左右。

      BEVs將占電池容量市場需求的最大的份額。為了深入了解不同BEVs對電池的市場需求,我們對四種類型的BEVs及其電池容量進行研究。

      城市車。這種小型車通常適合在城市內短途行駛。其電池可通過車庫或街道插座的標準電壓隔夜充滿。我們預測這一類型的汽車將在2030年占BEV市場份額的20%左右。

      家庭轎車。這類車適合中程,城市間的行駛。電池需要通過高功率充電樁進行充電,充電的時間大約30分鐘到60分鐘。預計將在2030年占BEV市場份額的40%左右。

      高檔車。這類車是BEV中具有功率最大發動機的電動車,其行駛路程可達到500英里。電池完全充滿將大約需要2個小時。充電15分鐘,至少可行駛125英里。預計這類車在2030年占BEV市場份額約25%。

      自動駕駛出租車。這類車將用于城市交通。先進的車隊管理和適用于大功率電站的快充技術(10~15分鐘)可以允許行駛里程達到125英里。無人駕駛車將會賣給車隊管理公司,而不會賣給消費者。同時我們預計2030年這類車占BEV市場份額的15%左右。

      基于這些假設,電池的年需求量將從2017年的70千兆瓦時到2030增長到800~900千兆瓦時。

      汽車制造商不僅需要更大的電池容量來滿足電動汽車的需求同時也渴望更廉價的電池。現階段行業的基準水平表明,動力傳動系統(包括電機、電力電子和電池組)將占BEVs成本的50%以上。相比之下,內燃機汽車的動力傳動系統僅占傳統汽車成本的16%左右(見示圖2)。電池組(包括電池管理系統)占據整個車輛成本的35%左右,是主要的成本支出。因此,那些試圖降低BEVs成本的公司必須實現一個目標:降低電池組的成本。

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      一個電池組由多個電池模塊構成,而一個電池模塊通常又包含6~12個電池。其中,電池是成本最高的部件,約占電池組總成本的70%。現階段,盡管大多數大型汽車制造商將電池生產業務外包給電池生產公司,但是汽車公司內部仍將繼續進行電池的模塊和封裝。這是因為電池模塊和封裝是決定電動汽車的行駛里程和充電速率的主要因素,而汽車制造商希望可以控制電池組使用和冷卻的空間。未來將會使電池組在汽車設計中更加重要。

      規劃的產量將對價格造成壓力

      為了通過規模經濟效應降低電池生產成本,主要的電池生廠在過去的一年里相繼宣布將增加產能。例如,中國電池制造商寧德時代宣布將在歐洲建立第一家動力電池生產工廠地址選在了德國,而美國汽車制造商特斯拉(Tesla)則表示正在考慮在德國建立一家電池生產廠。隨著中國制造產能增長速度保持領先,未來超級電池工廠預計將在亞洲誕生。

      到2021年,全球電池裝機總量將增加一倍以上。盡管全球對動力電池的需求量大幅增長,但短期內仍趕不上電池的計劃產量。預計到2020年全球大約有40%的電池產能將閑置,而在中國這一數字將超過60%。此外,許多新增生產電池設計的工廠很快將被淘汰。

      為了充分利用電池廠的產能,電池生產商需要大幅降低電池價格。事實上,我們預計未來10年內價格將會減少50%以上。太陽能電池板行業就是一個典型的例子:2006年—2015年太陽能電池行業產能過剩35%導致其價格下跌了50%以上。

      電池價格下降將導致制造成本相應的減少,從而才可以確保生產利潤。截止到2021年,每千瓦時的成本將從2018年的195美元降至153美元。相比之下,2010年的預測結果對生產商而言更有利,即2010年預測的2021年盈利生產成本為270美元/kWh。2018年的預測值已經相對減少了28%。

      基于當前的預測,2021年中型電動汽車電池組的價格將在7600~10700美元之間。在這一情景中,這種類別的電動汽車和內燃機車的差價將降至5000美元以內,從而使得BEVs具有與內燃機車競爭的價格水平,尤其是考慮購置電動車的稅費減免政策。盡管低差價將促進BEVs的使用,但是這并不能消除未來電池產能過剩的現象。

      電池生產商必須找到由產能過剩所引起的價格壓力的對策。那么想要憑借創新產品進入這個行業的公司面臨著一個額外的挑戰,即在實現規模經濟之前,不得不應對更低的價格。

      解決方案:降低電池生產成本

      由于電池約占電池組總成本的70%,因此電池生產是實現電池組降價目標的最重要的一步。生產成本(不包括材料)占電池成本的30%至40%。(模塊和封裝成本不在我們的討論范圍內)

      電池生產成本通常采用生產成本與能量(kWh)的比值來表示。目前降低電池生產成本的兩種主要方式:提高制造精度和先進的化學物質來增加同等體積和質量下的能量值(即為能量密度)同時應用未來工廠的元素(這可以改進工廠結構和流程以及增加工廠數字化)來降低制造成本。這些方法同樣也可以用于電池模塊和封裝過程中,從而能夠在整個電池生產上降低成本(見示圖3)。

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      目前這個行業主要關注于第一種方式。對于現階段的鋰電池技術,其對應的電池能量密度在400WH/l-450WH/l之間。我們預測到2030年其能量密度將增加到650WH/l至700WH/l,這得益于生產精度的提高(能量密度增加150WH/l)和新型的化學材料(能量密度增加100WH/l至150WH/l)。然而由于傳統的制造工藝(繞卷)生產誤差比較大,因此這類工藝無法經濟地實現上述兩種方式對應的能量密度增加。

      公司可以通過投資一種新的生產工藝(稱為堆疊)來生產高能量密度的電池。由于過高的資本需求,通過他們自身的創新來增加電池的能量密度將不足以拯救整個行業的經濟。而且電池生產商在生產過程中并沒用充分重視數字化技術來降低生產成本。由于勞動力成本僅占整個電池生產成本的較小部分,未來工廠的概念是降低生產成本的最有效方法。

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