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新能源汽車鋰電池如何計(jì)算成本?

   2019-07-09 蓋世汽車21790
核心提示:隨著政策、市場的推廣,2018年我國新能源汽車生產(chǎn)約122萬輛,同比增長50%,動(dòng)力電池裝機(jī)總電量約56.98GWh,同比增長56%。作者預(yù)
隨著政策、市場的推廣,2018年我國新能源汽車生產(chǎn)約122萬輛,同比增長50%,動(dòng)力電池裝機(jī)總電量約56.98GWh,同比增長56%。作者預(yù)測,新能源汽車未來5到10年依然與內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車在市場共同競爭。做好新能源汽車的整車成本企劃、優(yōu)化動(dòng)力電池的成本,是車企和零部件供應(yīng)商將來多年的核心工作之一。

動(dòng)力電池和電芯

目前新能源汽車采用的多是鋰電池,其基本工作原理如圖1所示:

圖1 鋰電池的工作原理


正極的活性材料主要有兩類,一類是鎳鈷錳鋰化合物(NCM),另外一類是磷酸鐵鋰(LFP);負(fù)極多是石墨(95%),加上一些添加劑。放電時(shí)鋰離子脫嵌,充電時(shí)鋰離子嵌入,形成放電或者充電電流。通常新能源汽車車載鋰電池多是由電芯、模組、電池包構(gòu)成;電芯是電池包的最小單元,模組則由多個(gè)電芯連接而成,電池包又由多個(gè)模組組成,另外加上電池管理控制模塊、連接端子等。如果把車載鋰電池包作為一個(gè)子系統(tǒng),那么電芯成本占的比例約為85%左右,所以,對電芯成本做一個(gè)精準(zhǔn)計(jì)算、找出主要的成本驅(qū)動(dòng)點(diǎn),然后進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化,是優(yōu)化電池包成本、做好新能源汽車整車成本企劃的重要路徑。

鋰電池電芯分解

本文只是描述了其中的一些分解步驟,不保證全面。鋰電池電芯分解,一定要在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室里做,這是操作安全的保障!

首先,對鋰電池電芯進(jìn)行長時(shí)間完全放電

作者用來分解的鋰電池電芯是方形電芯,電壓3.65V, 容量255Wh,毛重1.4公斤(見圖2)

圖2 鋰電池電芯樣件(NCM111, 255Wh, 3.65V)


然后,在干燥實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行低溫操作,打開電芯外殼,分別對正極膜、負(fù)極膜、隔膜厚度及外形尺寸進(jìn)行測量,其中,正極膜含活性化合物(NCM)和鋁基材,負(fù)極膜含活性化合物(Graphit)和銅基材,從而得到鋰電池電芯成本計(jì)算的主要材料輸入?yún)?shù)。

圖3 鋰電池電芯正極膜


圖4 鋰電池電芯負(fù)極膜


圖5 鋰電池電芯在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室里分解、測量


由此用觀昱機(jī)電技術(shù)(上海)有限公司的參照成本計(jì)算模型計(jì)算出這個(gè)鋰電池電芯的材料成本及其分布(見圖6)。

圖6 鋰電池電芯的材料成本明細(xì)及其分布


主要材料成本驅(qū)動(dòng)點(diǎn)分別是三元材料、電解液、銅膜等。優(yōu)化材料成本就是從這些材料成本驅(qū)動(dòng)點(diǎn)入手,比如三元材料(NCM),其中C是指昂貴的鈷材料,如何降低鈷材料的比例,是優(yōu)化材料成本的優(yōu)先選項(xiàng),從原來的NCM111,變?yōu)镹CM523,甚至NCM811,就是以增加鎳的含量,來降低鈷的含量,當(dāng)然,鎳含量的增加,也影響了電芯的穩(wěn)定性,所以,要在穩(wěn)定性和材料成本上,平衡優(yōu)化;另外,銅膜、電解液等也是有優(yōu)化空間的。

鋰電池電芯制造工藝

鋰電池電芯的制造,猶如“面條”的制作,可以分為約18個(gè)工序,見圖7。

圖7 鋰電池電芯制造工藝步序


其中攪拌、涂層、烘干、壓實(shí)、分卷、真空烘干、老化等工序是批次加工工序(batch), 而切片、層疊、加注電解液、封裝等工序則為節(jié)拍制造工序。

采用觀昱機(jī)電技術(shù)(上海)有限公司的參照成本計(jì)算模型可以計(jì)算出這個(gè)鋰電池電芯的制造成本及其分布(見圖8)。

圖8 鋰電池電芯的制造成本明細(xì)及其分布


從參照成本計(jì)算的結(jié)果來看,制造成本的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)主要在節(jié)拍制造工序上,比如切片、層疊、電解液注入、封裝等工序步驟上,優(yōu)化電芯的制造成本,就要從這些工序上入手了。

圖9 鋰電池電芯的參照成本及其分布


總結(jié)

怎樣提高新能源汽車的未來發(fā)展和市場競爭力?其中一個(gè)重要的路徑就是技術(shù)優(yōu)化鋰電池電芯的材料和制造成本。通過精準(zhǔn)的鋰電池電芯參照成本計(jì)算和成本驅(qū)動(dòng)點(diǎn)分析,可以系統(tǒng)地找出其技術(shù)降本的點(diǎn)子甚至技術(shù)方案。如何做好新能源汽車的整車成本企劃,開發(fā)出安全可靠、客戶買得起、用得起的車型,其中一個(gè)核心工作,就是要做好鋰電池電芯的技術(shù)成本優(yōu)化工作! 
 
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