新能源汽车动力电池的成本分析

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随着电动汽车（EV）电池价格持续下跌，全球电动汽车的供应量和对其电池的需求量都在增加。自2010以来，锂离子电动汽车电池组的平均价格从1200美元/千瓦时降至132美元/千瓦时。每个电动汽车电池组内都有多个相互连接的模块，由数十到数百个可充电锂离子电池组成。总的来说，这些电池约占平均电池组总成本的77%，约为101美元/千瓦时。





▲Virtual Capitalist网站发布信息图分析电动汽车动力电池的成本



电动汽车电池各部件占电池组总成本的百分比：
● 阴极51%● 制造和折旧24%● 阳极12%● 分离器7%● 电解液4%● 其他材料3%

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为什么阴极这么贵？

阴极是电池的正极。当电池放电时，电子和带正电的分子（同名锂离子）都从阳极流向阴极，阴极将两者存储起来，直到电池再次充电。这意味着阴极有效地决定了电池的性能、范围和热安全性，从而决定了电动汽车本身，使其成为最重要的部件之一。它们由各种金属（精炼形式）组成，具体取决于电池化学，通常包括锂和镍。现代常用的阴极成分包括：  
● 磷酸铁锂（LFP）● 锂镍锰钴（NMC）● 锂镍钴铝氧化物（NCA）

构成阴极的电池金属需求量很大，特斯拉等汽车制造商争相确保供应。事实上，阴极中的金属材料，以及电池其他部分的金属材料，约占电池总成本的40%。
阴极以外的组件占电池成本的49%

电池制造过程包括生产电极、组装和完成电池，占总成本的24%。阳极是电池的另一个重要组成部分，占总成本的12%，约占阴极的四分之一。锂离子电池的阳极通常由天然或合成石墨制成，其价格往往低于其他金属材料。
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新能源汽车的心脏——动力电池

动力电池作为新能源汽车的动力来源，是整车中最重要的系统，占整车成本30%~40%，这也是区别于其他传统燃油汽车的标志性部件，传统燃油车的心脏是发动机，新能源汽车的心脏就是动力电池。

目前，由于新能源汽车偶发安全事故，冬季续航里程严重缩短等原因，导致对新能源汽车的未来发展前景心存疑惑，原因主要有四点：新能源汽车续航里程、动力电池安全性充电便利及电池回收。

而这四个问题小编把它们归结为一个问题：动力电池的问题。

所以，新能源汽车是政策导向的产物，还是未来能代替燃油车、满足市场真实需求的产物关键在于能否解决动力电池的问题？

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动力电池的结构组成

动力电池是由数个电池单体、CSC信息采集系统、电池管理控制单元（BMU）、电池高压分配单元、冷却系统等组成。



汽车动力电池单体

电池单体是构成蓄电池的最小单元，由正极、负极、有机电解液等组成。而电池模组是由数个电池单体并联在一起，通过将数个电池组串联在一起组成一个电池单元，再将由数个电池单元串联在一起，就能构成动力电池的总成。而目前市面上的动力电池装车量主要由三元锂电池和磷酸铁锂电池提供，所以下面我们来重点讲解这两种类型的动力电池。

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动力电池类型——三元锂电池

三元聚合物锂电池，简称三元锂电池，指正极材料使用镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2）或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池，三元复合正极材料是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高，三元锂电池是一种集高 能量密度和高电压为一体的储能装置，已广泛应用于移动和无线电子设备、电动工具、混合动力和电动交通工具等领域。

三元锂电池之所以受到众多车企的青睐，主要是得益于三元锂电池的能量密度较高，能量密度越大，就意味着动力电池的单位体积或重量内存储的电量越多。

一般来说，电池的能量密度越高，纯电动车的续航能力就越高，因此对于追求极力追求长续航里程的新能源车企来说，三元锂电池的续航优势非常有吸引力。同时，三元锂电池在抗低温性能上也有一定的优势，在同样的低温条件下，相比其它类型的电池，三元锂电池的冬季电量衰减更小，更适合寒冬的北方地区。

而三元锂电池的缺点是稳定性较差，当温度达到250-350℃时容易热失控，在快速充电过程中存在较高的自燃风险，因此三元锂电池对散热性能的要求很苛刻，这对于BMS电池管理系统也有更高的技术要求。

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动力电池类型—磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池，是一种使用磷酸铁锂（LiFePO4）作为正极材料，碳作为负极材料的锂离子电池，单体额定电压为3.2V，它的最大优势是安全性高。目前磷酸铁锂电池的热稳定性是最好的，热失控温度普遍在500度以上，电池自燃的风险很低。其次，磷酸铁锂电池的循环寿命也比较长，充放电循环次数大于3500次后才会开始衰减，相当于可以用10年之久。除此之外， 磷酸铁锂电池的价格也有很大优势。

磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、无记忆效应的优点。

不过，由于磷酸铁锂电池的能量密度不如三元锂电池高，目前前者的能量密度平均为130-140Wh/kg，三元锂电池平均为160Wh/kg，因此在续航方面很难与三元锂电池相提并论，这也是为什么采用磷酸铁锂电池的纯电动车少的原因。

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动力电池类型—氢燃料电池
相比蓄电池，目前十分小众的氢燃料电池是真正意义上“零排放”的清洁能源，它将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。基本原理就是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极，只会产生水和热。

可以说，氢燃料电池的优势不仅仅体现在电池能量转换效率高，而且无污染、无噪声。而从长远的角度来看，氢燃料电池必将是未来动力电池行业的一个重点发展方向。好比说，最近现代汽车就公布了一个“2025战略”，除了要扩大纯电动车销量，氢燃料电动车也在其销量规划中。此外，像丰田、本田等知名车企也在积极推动氢燃料电池技术的发展。

但现阶段而言，氢燃料电动车的许多问题仍然得不到有效解决，最主要的原因是氢气储存不便，同时目前的造价成本也过高。

动力电池未来发展趋势是：能量密度越来越高，充电速度越来越快，安全性越来越强，成本越来越低。
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文章来源：直观学机械（如侵联删）

郑科荣

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