前言
随着全球环保意识的觉醒，电动化成为了实现可持续交通的热门选择。电动化进程的推进受到电池技术发展及经济成本等多重因素的制约。电池技术的成本在很大程度上决定了电动汽车的市场接受度和成功率。虽然电池技术持续进步，但高昂的电池成本依然是多数车型盈利的瓶颈之一。现有成本模型在评估不同技术的电池生产成本时，常常因为缺乏透明度和标准化而无法充分反映电池技术的差异。
主要研究内容
为了应对这些挑战，本文提出了一种全新的全成本、边际成本及平准化成本建模方法。该方法旨在更有效地评估不同电池技术的生产成本。本文以特斯拉和老牌原始设备制造商（OEM）的电池成本假设为出发点，探讨了如何通过改进成本模型来评估新材料和新工艺的潜力。
成本建模流程
该模型分为六个阶段（如图1所示）：阶段(1)和(2)主要确定单元设计、属性、工艺链及总产量。阶段(3)根据选定工序的废品率计算材料吞吐量。阶段(4)确定资源需求。阶段(5)计算各工序成本，最终在阶段(6)计算完全成本、边际成本及平准化成本。
案例研究概述
假设案例研究的年产量为10GWh，工厂位于德国，采用三班倒的生产方式，包括机器过剩产能及生产中断缓冲等实际生产情况。表3列出了案例研究中使用的一般生产参数。
电池设计与工艺链
锂电池制造涉及一系列相互关联的连续工艺步骤。本案例研究的工艺链设计是在专家咨询后选定的，既显示了实际材料和副产品的流动顺序，也包含了逆向计算的废料材料流动。
两种类型电池的电极生产过程相似，包括批量混合、涂覆、干燥及随后的压延等步骤。但因电极和电池尺寸的不同，后续的电极分切工序有所差异。方形PH电池和圆柱形4680电池的卷绕工艺有所不同。
电池生产成本分析
平准化成本是一种更全面、定义更清晰的指标，它描述了为实现零净现值而销售产品所需的平均价格。本文沿用了Reichelstein和Rohlfing-Bastian对平准化成本的定义，并对计算逻辑进行了调整。
边际单位成本反映了生产另一单位产出的成本，对于短期生产决策具有重要意义。就电池单元而言，边际成本主要涉及生产材料、能源和直接劳动力等成本。
案例研究涵盖了多种配置，包括两种电池形式、四种电池化学成分及回收废料的选项。图4展示了不同电池形式和配置的完全成本、平准化成本及边际成本。
关键影响因素分析
(1) 本案例中，圆柱形4680电池与方形扁平缠绕PH电池的成本相差无几，从成本角度看，两种设计均具竞争力。
(2) 使用LFP作为阴极活性材料的电池相比基于NMC811的电池成本稍高，这可以通过所选择的电极设计来解释。由于阴极面积负载的设置不同，导致生产设备需求和成本有所差异。
(3) 在阳极中掺入硅可以提高电池的能量密度，但也会带来循环寿命的问题。这需要在设计时权衡成本与性能的关系。
(4) 投资和空间需求在不同电池类型间存在显著差异。虽然某些电池类型在能量密度上具有优势，但这也可能导致更高的投资和空间需求。
成本影响及敏感性分析
结论
本文通过全新视角和方法探讨了电池生产成本及其影响因素。通过案例研究和数据分析，为降低电池成本、推动电动化进程提供了有价值的参考。
参考文献
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