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大容量电芯成本分析(附成本测算过程)

2023-10-09 16:39:39
来源:储能领跑者联盟
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引言BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

随着新能源市场的快速发展,大容量电芯作为新能源汽车和电力储能等领域的关键组件,其市场需求不断增长。面对不断扩大的大容量电芯市场需求,企业采取扩产和推出新产品等措施来抢占市场。自2020年宁德时代推出首款280Ah大容量电芯,各家电芯产商迅速跟进,并研发出更大容量的电芯。据EESA不完全统计,已发布280Ah容量以上电芯有超30款。激烈的市场竞争中企业若想保持领先地位,必须进行成本控制,以提高盈利能力。本报告旨在针对大容量电芯的成本进行分析,以期为相关企业和研究机构提供参考。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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大容量电芯BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

1. 大容量储能电芯相较于传统储能电芯,具有更高的单体容量,能够满足更大规模的储能需求。因此,对大容量储能电芯有更高的要求:BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

长循环寿命:大容量电芯采用更稳定的电解质和更先进的电池材料和结构设计,这些改进能够显著提高电池的循环寿命,使得电池能够经受住更多的充放电循环,从而在使用寿命上具有更好的表现。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

高安全性:大容量储能电芯采用先进的电池管理系统和热管理系统,能够保证电池在使用过程中的安全性和稳定性。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

2. 大容量电芯现在普遍采用的磷酸铁锂储能电芯,其正极活性材料为磷酸铁锂,石墨作为负极。涉及的原材料包括正负极粘结剂、导电剂、集流体和隔膜等。锂电池的电芯制备有以下工序:BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

电极极片制备:将一定比例的正负极混合搅拌形成浆料,涂布在集流体上,经干燥、辊压分切等环节。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

单体装配:将隔膜和正负极极片堆叠,然后再将堆叠放置到外壳中包装好,注入电解液并密封。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

化成、老化(续化成)和检测:装配好的单体电芯进行充放电,并检测电芯性能。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

3.大容量电芯发展驱动力BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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(1)需求端:招标项目推动大容量电芯发展。目前不少储能系统招标文件明确要求电芯单体容量不低于280Ah,并且该类文件出台数量逐年增加,使得中标机构采购或生产更多的大容量电芯。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

数据来源:公开信息BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

(2)制造端:成本驱动。从电芯制备角度来看:制备大容量电芯必然产生的结果是pack端零部件使用量减少,体积能量密度提升,使用更少的电芯数量实现高容量,减少电芯串并联数,节省系统成本、占地面积施工量和运维成本,进而降低初始投资成本和全生命周期成本。例如,宁德时代最新314Ah储能电芯(EnerD系列液冷储能产品),相比上一代产品280Ah预制舱的占地面积节约20%以上,施工工程量减少15%,调试运维成本下降10%。另外从储能集成的角度来看:大容量电芯具有更高的电芯容量、BMS管理精度更高,零部件更少等优势,非常契合储能系统降本提质的要求。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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成本构成分析BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

在电芯总成本构成中,包括直接材料成本和制造管理费用。直接材料成本包括正负极活性材料、粘结剂、导电剂、极片、隔膜和电芯外壳等。制造管理费用包括:人工、折旧摊销和生产管理费用。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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图1:电池成本模型的框架BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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发布的大容量电芯中,各厂商常见的280Ah方形电芯有较统一的规格,在此基础上发展的超280Ah方形电芯尺寸各不相同,文中以280Ah电芯为例,测算280Ah电芯成本。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

1.直接材料成本BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

电池的参数设计需要根据电池的特性设计,确定电池的电极、电解液、隔膜、外壳等其他部件的参数。280Ah磷酸铁锂储能电芯其实际设计容量要超280Ah,假设为287Ah,正极活性材料为磷酸铁锂,负极活性材料为石墨,内有两个叠芯。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

(1)基本参数与假设BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

参考各大材料企业的材料参数,LFP(磷酸铁锂)正极的克容量为145mAh/g,正极溶剂为NMP(n-甲基吡喏烷酮),活性材料/导电剂/粘结剂的质量比例为97:0.5:2.5,集流体(铝箔)厚度为12μm,极片尺寸为164mm*186mm。负极石墨克容量为350mAh/g,负极溶剂为水,活性材料/导电剂/粘结剂质量比例为96:0.8:3.2,集流体厚度6μm,极片尺寸167mm*190mm。假设隔膜的宽度比负极极片大2mm,长度比负极极片大5mm,则单片隔膜尺寸为169mm*195mm。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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表1:基础参数与假设BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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数据来源:各大公司公告、EESA数据库BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

(1)计算公式如下BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

1)正极材料主要由活性材料、导电剂、粘结剂组成。活性材料的质量=电芯容量/活性材料克容量,进而根据质量占比计算导电剂和粘结剂的质量。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

2)负极活性材料采用石墨,负极活性材料的质量=电芯容量*N/P比/负极活性材料克容量,进而根据质量占比计算负极导电剂和粘结剂的质量。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

3)单叠芯隔膜长度=(正极极片数+负极极片数+3)*(负极片宽度+2)BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

4)电解液用量为4.0g/Ah计算。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

(3)物料价格BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

根据今年8月报价数据:8月LFP均价约为78.4元/kg,导电剂60元/kg,正极粘结剂135元/Kg,溶剂NMP价格为23.5元/kg。中端人造石墨价格34.5元/kg,负极粘结剂45元/kg。电解液27.8元/kg,隔膜0.7元/㎡,正极集流体铝箔26.4元/kg,负极集流体铜箔92元/kg。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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表2:电芯直接材料成本计算BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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数据来源:鑫椤锂电、隆众资讯、EESA测算BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

2.电芯制造管理费用BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

电芯制造成本包括人工费用,折旧摊销费用,生产管理费用。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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表3:电芯制造管理费用计算BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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数据来源:中信证券、EESA测算BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

3.分析BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

汇总可见,280Ah电芯的直接材料成本为348.951元,制造管理成本为99.187元,总成本为448.138元。不同规格电芯之间,度电成本更能直观表示电芯成本。经计算,大容量电芯的直接材料成本为389.45元/kWh,制造管理费用为108元/kWh,电芯度电成本为497.45元/kWh。直接材料成本中正极材料占据电芯成本的大头、其次是负极材料,正负极材料的成本之间形成明显的断层。具体来看,磷酸铁锂、石墨、电解液、隔膜度电成本分别为173.25、37.23、10.5、35.62元/kWh,分别占比44.49%、9.56%、9.15%、2.7%。其中正极材料普遍采取成本加成的定价模式,加工费由企业的制造费用、人工成本、盈利预期等因素决定,加工费用部分反应了企业的定价权和竞争力。因此正极材料的变化会对电芯价格产生很大影响。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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图2:磷酸铁锂储能电芯成本结构BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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数据来源:EESA测算BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

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趋势分析与总结BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

(1)280Ah及以上大容量电芯已成明确趋势。招标项目要求和制造企业的成本,这两方面作为长期驱动力,大容量电芯发展趋势不会改变。企业为创造更大的盈利空间,也会鼓励技术研发来解决发展难题。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

(2)提高能量密度和增大体积会是电芯的结构变化趋势。上述280Ah电芯厚度使用率已达95%,因此制备更高容量的电芯主要从两个方面发力,提高能量密度或者增大体积。事实上,现有发布的电芯从280Ah到314Ah/320Ah的发展也基本符合该规律。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

(3)维持磷酸铁锂价格稳定有利于储能行业的可持续发展。磷酸铁锂材料在所有材料中占比最大,同时所有原材料价格中变化最大也是磷酸铁锂,这对储能系统的制造成本和投资回报带来不利影响,因此维持磷酸铁锂价格稳定有利于储能行业的可持续发展。BZM储能-碳索储能网-专业的储能产业门户

责编:盈盈
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