關(guān)于方形鋰離子電池與圓柱形鋰離子電池的成本分析
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-29 20:51
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現(xiàn)在新能源汽車面臨的問題，除了人們對(duì)新能源汽車不信任之外，其實(shí)最大的問題還是價(jià)格的因素，以比亞迪的秦插電式混合動(dòng)力汽車為例，除去國家補(bǔ)貼，免去購置稅和購買號(hào)牌的費(fèi)用后，落地價(jià)格仍然達(dá)到16-17萬之間，而純電動(dòng)汽車的價(jià)格更是高達(dá)20萬以上。在這個(gè)價(jià)位上人們完全可以選擇安全配置更高，舒適性更好的燃油車輛，因此一旦國家補(bǔ)貼退出，新能源汽車的價(jià)格進(jìn)一步上漲，新能源汽車的發(fā)展如何，仍然是一片迷茫。
對(duì)于新能源汽車，對(duì)成本影響最大的就是鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，目前汽車上采用較多的為圓柱形的電池，圓柱形電池的成本主要受尺寸和電極厚度，以及材料的選擇和生產(chǎn)規(guī)模等因素的影響，但是目前通過提升圓柱形電池的尺寸和增加電極厚度的方式來降低成本已經(jīng)收效甚微，而方形電池在降低成本方面則還有很大的潛力可以挖掘。
為了對(duì)鋰離子電池的生產(chǎn)成本進(jìn)行深入的分析，人們開發(fā)出了眾多的模型，其中最為著名的為美國阿貢國家試驗(yàn)開發(fā)的BatPaC模型，該模型采用了多種的電池組結(jié)構(gòu)和電池的化學(xué)成分，能夠計(jì)算電池組每kWh的成本，生產(chǎn)規(guī)模可以從基礎(chǔ)到10萬組電池組／年進(jìn)行設(shè)定，利用該模型人們發(fā)現(xiàn)降低SEI膜的成膜周期和替代昂貴的溶劑，提高鋰離子電池電極的厚度，提升鋰離子電池的容量都可以降低單位能量的成本。
美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的RebeccaE. Ciez與他的同事J.F. Whitacre利用基于BatPaC的成本模型分析了圓柱形電池和方形電池的成本情況，發(fā)現(xiàn)在目前的技術(shù)水平下，圓柱形進(jìn)一步降低成本的空間很小，而方形電池則有很大的潛力去降低鋰離子電池的成本。
模型中RebeccaE. Ciez以18650電池作為基線，允許其在高度和直徑方面增加10%，以便提高電池的容量。模型的建立主要分為兩個(gè)過程，電池物理模型的建立主要包含電池的容量、尺寸、正負(fù)極的長度和活性物質(zhì)的質(zhì)量等參數(shù)，其次是建立成本的分析模型，Rebecca E. Ciez根據(jù)基于過程的成本分析模型（PBCM）建立了方形和圓柱形電池的成本模型。
影響鋰離子電池成本的主要包含材料、設(shè)備、輔助設(shè)備、維護(hù)、人力、能源、建筑等因素，利用上述模型分析可以發(fā)現(xiàn)同樣采用70微米電極和2GWh產(chǎn)量時(shí)，LMO材料的電池的單只成本是最低的，但是要考察每KWh的成本時(shí)，LMO材料反而要比NCA和NCM材料成本更高，LMO的成本約為440$/KWh，而NCA和NCM的成本則為276$/KWh和243$/KWh左右。而電極的厚度和電池的尺寸對(duì)電池的成本影響最為明顯，提高電池的厚度可以顯著的降低電池的成本，增大電池的尺寸，也能明顯的降低電池的成本。
對(duì)比材料和過程在電池成本中所占的成本發(fā)現(xiàn)，材料成本是最高的，約占整個(gè)電池成本的40%左右，其次是設(shè)備成本和人力成本。在材料成本中，有將近一半的費(fèi)用是電池的結(jié)構(gòu)成本，例如外殼、端子和密封件等，值得注意的是碳酸鋰的價(jià)格對(duì)鋰離子電池的成本影響微乎其微，即使碳酸鋰的價(jià)格從7.5$/kg提高到25$/kg，鋰離子電池的成本上漲幅度也不超過10%。利用上述成本模型對(duì)方形電池進(jìn)行成本發(fā)現(xiàn)，在相同的容量下方形電池的成本要低于圓柱形電池，這主要得益于方形電池結(jié)構(gòu)成本的降低。
