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。

每個利益相關(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(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行業(yè)的經(jīng)濟(jì)下滑。

BCG預(yù)計2021年，全球電池產(chǎn)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(chǎn)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(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(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，通過縮短干燥時間，生產(chǎn)速率得以提高，同時生產(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)精度同時縮短了生產(chǎn)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(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(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：電動化、自動駕駛和共享出行—汽車行業(yè)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(shè)如下：

中型混合動力電動汽車（MHEVs）有一個內(nèi)燃機(jī)和一個電池容量約為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）有一個內(nèi)燃機(jī)和一個電池容量約10kWh的中型電動機(jī)，同時假設(shè)2030年的市場份額約13%。

插入式混合動力電動汽車有一個ICE和一個電池容量約為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，充電的時間大約30分鐘到60分鐘。預(yù)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(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個小時。充電15分鐘，至少可行駛125英里。預(yù)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(jìn)的車隊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管理公司，而不會賣給消費者。同時我們預(yù)計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?，F(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(xiàn)一個目標(biāo)：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(gòu)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%?，F(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(shè)計中更加重要。

規(guī)劃的產(chǎn)量將對價格造成壓力

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)仍趕不上電池的計劃產(chǎn)量。預(yù)計到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格。事實上，我們預(yù)計未來10年內(nèi)價格將會減少50%以上。太陽能電池板行業(yè)就是一個典型的例子：2006年—2015年太陽能電池行業(yè)產(chǎn)能過剩35%導(dǎo)致其價格下跌了50%以上。

電池價格下降將導(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(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)能過剩所引起的價格壓力的對策。那么想要憑借創(chuàng)新產(chǎn)品進(jìn)入這個行業(yè)的公司面臨著一個額外的挑戰(zhàn)，即在實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)之前，不得不應(yīng)對更低的價格。

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)是實現(xiàn)電池組降價目標(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，從而能夠在整個電池生產(chǎn)上降低成本（見示圖3）。

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目前這個行業(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。