全球新能源汽车及动力电池发展趋势分析 -

既然电动汽车市场是未来一段时间锂离子电池产业发展最重要的推动力，这里我们就简单来看一看电动汽车及车用电池未来几年是一个怎样的发展趋势。鉴于电池是电动汽车最核心的零部件，在纯电动汽车的制造成本方面，电池的占比也最高，普遍在30%以上，有的甚至40%或50%以上。自2011年电动汽车商业化元年以来，电动汽车的销量与电池价格的变化密切相关，具体见图1。

本文引用地址: http://www.21ic.com/app/auto/201602/662179.htm

从图1可以看到，车载电池组价格每下降10%，电动汽车销量增长大约在20%～30%之间。不过，随着这几年车载电池组价格的大幅度下降(由 2011年的1100美元/kWh下降到2014年的390美元/kWh)，现有技术水平下再继续下降的空间不大，价格的驱动力正在用尽，预计本年度车载电池组价格的降幅会到10%以下，而海外电动汽车的市场销量增幅则会降到20%以下。中国电动汽车市场2014年和本年度非常火爆，预计本年度销量将突破 20万辆，从而超越美国成为全球最大市场，但这主要是政府强力刺激和市场封闭发展双重措施下的结果，与电池价格的变化的对应关系还不太明显。

业内认为，电动汽车目前最大的问题是价格和纯电续航里程，解决这两大问题的主要办法除了提高电池组能量密度之外，还有就是标准化和轻量化，其中标准化主要是指核心部件如电池模块、电机等的标准化，而轻量化则是指在不降低车辆安全系数的前提下，将体重较大的部件减重。这就是未来几年电动汽车技术发展的主要方向。这些方向目前都有车企和零部件厂商在积极尝试。这里我们主要介绍车辆和电池方面的进展。

1、进一步降低电池的单位成本

如图6所示，电动汽车产品开发目前主要存在两类情况，一是在解决纯电续航里程的情况下降低车辆的售价，二是在车辆价格已经比较低的情况下提升纯电续航里程。特斯拉就是第一类情况的代表，他正在积极开发3.5万美元左右的大众型纯电动汽车产品Model Ⅲ，而其中最重要的工作就是要降低电池的单位成本。

特斯拉一直在致力于降低其车载电池组成本的努力。根据真锂研究掌握的有限的资料来分析，2009年其第一款产品Roadster EV上市销售时，电池组成本大概是1,100～1,200美元/kWh;到2012年中期第二款产品Model S EV上市销售时，大概是700美元/kWh左右，主要得益于电池组系统(BMS、冷却系统和安全系统)价格的下降;2014年特斯拉电池组的成本大概降到了420美元/kWh左右(其中电芯成本大约占比75%)，主要得益于电芯价格的下降。特斯拉公开披露的信息显示，其2014年支付松下3.1Ah电芯的采购价大约是3.5美元/只(约合313.62美元/kWh)。

但是，420美元/kWh的成本对于Model Ⅲ而言还是太高。有分析表明，要保证Model Ⅲ有220英里(350km)的纯电续航里程，需要搭载至少可存储44kWh电量的电池组，这样计算，电池组成本就将1.85万美元，占到了3.5万美元售价的近53%，这显然是不行的。在电机等其他核心部件成本下降空间不大的情况下，必须要大幅度降低电池成本才行，在420美元/kWh的基础上再减掉一半以上是最好。

为此，特斯拉主要采取了两个办法，一是兴建超级电池工厂Gigafactory，依靠规模降低成本;二是革新电池技术，依靠技术降低成本。 Gigafactory已于2014年在美国内华达州的沙漠里开始建设，计划一期生产线2017年建成投产，这也正好是Model Ⅲ计划上市的时间。应特斯拉的要求，松下这几年一直在研发新的由正、负极材料构成的新一代电池，能够降低成本、提高能量密度，延长电池寿命。

这种新一代电池就是Gigafactory工厂将要大规模量产的20700电芯。据外媒披露，这种新型号电芯的能量密度将增加36%，组成模块后的重量也会较现有产品降低30%以上，更为重要的是，由于减少了很多电芯包装装置的钢和铝等材料(能量密度的提高也主要是这个原因)，电芯的制造成本将降低一半。使用新型20700电芯后，模块也减少了一个层级，这样，电池组的控制也得到了很大程度提高。

业内数据显示，2014年锂离子电池电芯市场均价约1500元/kWh，折合成美元大约245美元/kWh，其中以车载电池为代表的动力电池电芯约300美元/kWh，以手机电池为代表的小型锂离子电池电芯不到200美元/kWh。真锂研究预计到2020年锂离子电池的能量密度会普遍提升30% 以上，同时电芯均价会普遍下降1/3以上，降到160美元/kWh以下，其中车载电池电芯的均价会降到200美元/以下。

特斯拉使用的老18650电芯和新20700电芯的情况对比

2、提升电池组能量密度

如图6所示，提升电池组能量密度主要有两个办法，一是在不降低安全系数的情况下，使用轻质部材对电池组框架进行轻量化处理，二是提升电芯的能量密度。日产2013年初推出的改款Leaf产品，主要变化是采取了轻量化锂离子电池架构，改进了动力总成布局，这使得Leaf EV的重量减轻了105kg(原来是1,545kg，现在减轻到1,440kg)。减轻重量的具体办法是：①减轻电芯外壳重量(约减轻了20kg);②减少了用来固定电池模块的螺钉的数量，并去掉了支架多余的壁厚;③减轻了电池模块的外装。后两个办法减轻了约85kg。这样，Leaf电池组的能量密度就由之前的86Wh/kg提升到了92.9Wh/kg，车辆的续航里程也由之前的120km提升到了135km(指实际工况)。

根本办法还是提升电芯的能量密度。这也同样有两种途径，一是减轻电芯外包装材料的重量，二是提升电池技术水平。上面已经提到，AESC是直接将 Leaf用电芯外壳做轻量化处理，而松下是将电芯做大成20700型号，使得同样电量情况下使用的电芯数量更少，从而减轻电芯外壳总重量，以提升能量密度。把电芯做大目前是多数企业采取的办法。这两种办法殊途同归。同样，提升电芯能量密度的根本办法还是要靠提升电池技术水平，现阶段这主要是要依靠正极材料技术水平的提高来实现。几乎所有电池企业都把工作重心放在这上面。通过电池技术进步提升能量密度的办法主要有两个：一是采用5V级正极材料提升电池的电压，二是采用高容量正极材料提升电池的容量，二者结合当然是最佳。