生產(chǎn)商必須降低生產(chǎn)成本

通過改進(jìn)工廠結(jié)構(gòu)、工廠數(shù)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(shí)電池組的成本約20%。除材料外的電池生產(chǎn)過程成本有望降低20～35%。采用數(shù)字技術(shù)可以降低成本，進(jìn)而推動經(jīng)濟(jì)研發(fā)新電池材料以及相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)。

每個(gè)利益相關(guān)者必須采取行動來捕捉利益

電池制造商必須對現(xiàn)有的工廠設(shè)備進(jìn)行數(shù)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(dá)到與燃料汽車進(jìn)行價(jià)格競爭的水平。

電動汽車的時(shí)代即將到來，電池將逐漸成為移動的主要?jiǎng)恿碓础榱双@得市場份額，實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，電池生產(chǎn)商需要大幅提高生產(chǎn)能力。但是這一做法可能會造成整個(gè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)下滑。

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

BCG研究發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)能過剩的市場，提高電池生產(chǎn)的運(yùn)行性能是提高市場競爭力的最有效途徑。電池生產(chǎn)商只有通過實(shí)施未來工廠的概念，利用工業(yè)4.0的技術(shù)來改進(jìn)工廠結(jié)構(gòu)和工廠流程，才能提高生產(chǎn)運(yùn)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(zhuǎn)型，電池生產(chǎn)商可以降低資本支出、日常開支同時(shí)提高收益率，從而可以降低每千萬時(shí)電池組的成本約20%。20～35%生產(chǎn)成本（不包括材料）的降低可通過電池生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)：電極生產(chǎn)、電池組裝、電池完成。其中，在電極生產(chǎn)過程中，通過縮短干燥時(shí)間，生產(chǎn)速率得以提高，同時(shí)生產(chǎn)設(shè)備的成本也相應(yīng)地降低。在電池組裝環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)驅(qū)動的自動化參數(shù)設(shè)置提高了生產(chǎn)精度同時(shí)縮短了生產(chǎn)時(shí)間。在電池完成出廠中，通過縮短成型和老化的時(shí)間，資本花費(fèi)可以大大減少。

電池生產(chǎn)商和汽車制造商必須采取相應(yīng)的措施才能有效地降低這些生產(chǎn)成本。生產(chǎn)商可以對現(xiàn)有工廠的結(jié)構(gòu)和流程進(jìn)行數(shù)字化改造并設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)將促使電動汽車在2030年之前具備與傳統(tǒng)燃料汽車競爭的價(jià)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(yù)測，我們估測了電池的市場需求。（見示圖1和電動車引爆點(diǎn)：電動化、自動駕駛和共享出行—汽車行業(yè)的未來，BCG的焦點(diǎn)，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(shè)如下：

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

混合動力汽車（HEV）有一個(gè)內(nèi)燃機(jī)和一個(gè)電池容量約10kWh的中型電動機(jī)，同時(shí)假設(shè)2030年的市場份額約13%。

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

純電動汽車（BEVs）有一個(gè)由大容量電池供電的電動機(jī)。根據(jù)不同的車輛類型，電池的容量最高可能達(dá)到110kWh，同時(shí)假設(shè)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(jìn)行研究。

城市車。這種小型車通常適合在城市內(nèi)短途行駛。其電池可通過車庫或街道插座的標(biāo)準(zhǔn)電壓隔夜充滿。我們預(yù)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(jìn)行充電，充電的時(shí)間大約30分鐘到60分鐘。預(yù)計(jì)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(fā)動機(jī)的電動車，其行駛路程可達(dá)到500英里。電池完全充滿將大約需要2個(gè)小時(shí)。充電15分鐘，至少可行駛125英里。預(yù)計(jì)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(jìn)的車隊(duì)管理和適用于大功率電站的快充技術(shù)（10～15分鐘）可以允許行駛里程達(dá)到125英里。無人駕駛車將會賣給車隊(duì)管理公司，而不會賣給消費(fèi)者。同時(shí)我們預(yù)計(jì)2030年這類車占BEV市場份額的15%左右。

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

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(shí)也渴望更廉價(jià)的電池。現(xiàn)階段行業(yè)的基準(zhǔn)水平表明，動力傳動系統(tǒng)（包括電機(jī)、電力電子和電池組）將占BEVs成本的50%以上。相比之下，內(nèi)燃機(jī)汽車的動力傳動系統(tǒng)僅占傳統(tǒng)汽車成本的16%左右（見示圖2）。電池組（包括電池管理系統(tǒng)）占據(jù)整個(gè)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(shí)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)：降低電池組的成本。

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一個(gè)電池組由多個(gè)電池模塊構(gòu)成，而一個(gè)電池模塊通常又包含6～12個(gè)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(xiàn)階段，盡管大多數(shù)大型汽車制造商將電池生產(chǎn)業(yè)務(wù)外包給電池生產(chǎn)公司，但是汽車公司內(nèi)部仍將繼續(xù)進(jìn)行電池的模塊和封裝。這是因?yàn)殡姵啬K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(shè)計(jì)中更加重要。

規(guī)劃的產(chǎn)量將對價(jià)格造成壓力

為了通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)降低電池生產(chǎn)成本，主要的電池生廠在過去的一年里相繼宣布將增加產(chǎn)能。例如，中國電池制造商寧德時(shí)代宣布將在歐洲建立第一家動力電池生產(chǎn)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(chǎn)廠。隨著中國制造產(chǎn)能增長速度保持領(lǐng)先，未來超級電池工廠預(yù)計(jì)將在亞洲誕生。

到2021年，全球電池裝機(jī)總量將增加一倍以上。盡管全球?qū)恿﹄姵氐男枨罅看蠓鲩L，但短期內(nèi)仍趕不上電池的計(jì)劃產(chǎn)量。預(yù)計(jì)到2020年全球大約有40%的電池產(chǎn)能將閑置，而在中國這一數(shù)字將超過60%。此外，許多新增生產(chǎn)電池設(shè)計(jì)的工廠很快將被淘汰。

為了充分利用電池廠的產(chǎn)能，電池生產(chǎn)商需要大幅降低電池價(jià)格。事實(shí)上，我們預(yù)計(jì)未來10年內(nèi)價(jià)格將會減少50%以上。太陽能電池板行業(yè)就是一個(gè)典型的例子：2006年—2015年太陽能電池行業(yè)產(chǎn)能過剩35%導(dǎo)致其價(jià)格下跌了50%以上。

電池價(jià)格下降將導(dǎo)致制造成本相應(yīng)的減少，從而才可以確保生產(chǎn)利潤。截止到2021年，每千瓦時(shí)的成本將從2018年的195美元降至153美元。相比之下，2010年的預(yù)測結(jié)果對生產(chǎn)商而言更有利，即2010年預(yù)測的2021年盈利生產(chǎn)成本為270美元/kWh。2018年的預(yù)測值已經(jīng)相對減少了28%。

基于當(dāng)前的預(yù)測，2021年中型電動汽車電池組的價(jià)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(nèi)燃機(jī)車的差價(jià)將降至5000美元以內(nèi)，從而使得BEVs具有與內(nèi)燃機(jī)車競爭的價(jià)格水平，尤其是考慮購置電動車的稅費(fèi)減免政策。盡管低差價(jià)將促進(jìn)BEVs的使用，但是這并不能消除未來電池產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象。

電池生產(chǎn)商必須找到由產(chǎn)能過剩所引起的價(jià)格壓力的對策。那么想要憑借創(chuàng)新產(chǎn)品進(jìn)入這個(gè)行業(yè)的公司面臨著一個(gè)額外的挑戰(zhàn)，即在實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)之前，不得不應(yīng)對更低的價(jià)格。

解決方案：降低電池生產(chǎn)成本

由于電池約占電池組總成本的70%，因此電池生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)電池組降價(jià)目標(biāo)的最重要的一步。生產(chǎn)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(nèi)）

電池生產(chǎn)成本通常采用生產(chǎn)成本與能量（kWh）的比值來表示。目前降低電池生產(chǎn)成本的兩種主要方式：提高制造精度和先進(jìn)的化學(xué)物質(zhì)來增加同等體積和質(zhì)量下的能量值（即為能量密度）同時(shí)應(yīng)用未來工廠的元素（這可以改進(jìn)工廠結(jié)構(gòu)和流程以及增加工廠數(shù)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(gè)電池生產(chǎn)上降低成本（見示圖3）。

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目前這個(gè)行業(yè)主要關(guān)注于第一種方式。對于現(xiàn)階段的鋰電池技術(shù)，其對應(yīng)的電池能量密度在400WH/l-450WH/l之間。我們預(yù)測到2030年其能量密度將增加到650WH/l至700WH/l，這得益于生產(chǎn)精度的提高（能量密度增加150WH/l）和新型的化學(xué)材料（能量密度增加100WH/l至150WH/l）。然而由于傳統(tǒng)的制造工藝（繞卷）生產(chǎn)誤差比較大，因此這類工藝無法經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)上述兩種方式對應(yīng)的能量密度增加。

公司可以通過投資一種新的生產(chǎn)工藝（稱為堆疊）來生產(chǎn)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(chuàng)新來增加電池的能量密度將不足以拯救整個(gè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)。而且電池生產(chǎn)商在生產(chǎn)過程中并沒用充分重視數(shù)字化技術(shù)來降低生產(chǎn)成本。由于勞動力成本僅占整個(gè)電池生產(chǎn)成本的較小部分，未來工廠的概念是降低生產(chǎn)成本的最有效方法。