Batterikostnader
Helena Berg
2017-03-10
Igår fick ni Helena Bergs sammanfattning av vilka de stora aktörerna är som producerar battericeller till fordonsbatterier. En del av artikeln handlade om prognoser för framtiden. Idag får ni hennes artikel om några analyser om kostnader för elfordonsbatterier.
Batterikostnader
skrivet av Helena Berg
Näst efter snabbladdning är den stora frågan många diskuterar vad batterierna kommer att kosta och när de är så billiga att en BEV konkurrerar med en förbränningsmotorbil. Idag gör vi en sammanfattning av ett antal studier av kostnadsutvecklingen och vad fordons- och celltillverkare säger om dagsläget och framtiden.
Celler och pack
Det centrala är cellerna, men utan diverse kringkomponenter blir det inget användbart pack. Givetvis skiljer sig kostnaden för en cell om den är energi- eller effektoptimerad. En studie som vi tidigare refererat till är en amerikansk studie som gått igenom cellproduktionskostnaderna för olika länder. Generellt kan man säga att cellkostnaden utgörs av material 74%, utrustning 12%, löner 7%, underhåll 5%, anläggning 1% och energi 1%. Av materialen är det katodens aktiva material som är kostnadsdrivande (32%) och därefter separatorn (18%) och elektrolyten (15%) [1].
Även vilket cellformat som används spelar roll. Tesla använder 18650-celler från Panasonic och nu jobbar man på att producera större celler i Gigafactory – 21700-celler. De nya cellerna har 3 mm större diameter och är 5 mm längre. Att ändra cellformat är mest en avvägning för hur mycket energi som går att packa i en given geometrisk form och samtidigt till största mån kunna tillverka cellerna med befintlig utrustning. Tesla hävdar att cellerna kommer bli 35% billigare och kommer kosta under 125 USD/kWh [2].
Kina exporterar stora mängder celler varje år för ett otal olika applikationer. Medelpriset för de celler som exporterades ökade med 14% under 2016, men antalet exporterade celler ökade bara med 4,5%. Det är med andra ord större celler som går på export än tidigare och ökningen tros ha att göra med ökad efterfrågan av celler till elfordon [3].
GM sa hösten 2015 att de betalade 145 USD/kWh för sina celler (från LG Chem?) medan hela packet kostade 215 USD/kWh – dvs cellerna utgör av 2/3 av totalkostnaden [4]. Detta är i linje med andra analyser som gjorts genom åren.
För ungefär ett år sedan sades det att ett batteripack till Tesla Model 3 skulle kosta under 190 USD/kWh [5], alltså skulle cellerna utgöra 65% av packkostnaden (om vi räknar på en cellkostnad på 125 USD/kWh).
LG Chem har sagt att deras celler torde kosta under 100 USD/kWh år 2022 [6]. Även Lux Research har tidigare gjort en studie över kostnaden för batteripack till BEV. De tror att kostnaden 2025 kommer ligga mellan 172 och 229 USD/kWh [7]. Och Bloomberg New Energy Finance säger att kostnaden 2020 kommer vara 190 USD/kWh och under 100 USD/kWh år 2030 [8].
Kostnadstrender
I en ny studie från Carnegie Mellon University [9] har kostnaden för Li-jonceller analyserats ur ett antal olika aspekter: cellformat, om cellen är energi- eller effektoptimerad, olika kemier och produktionsvolymer. Slutsatserna är att det går att reducera kostnaderna för celler genom att öka cellformatet och öka elektrodtjockleken (dvs ytterligare energioptimera cellerna). Att kostnaderna skulle sjunka på grund av ökade produktionsvolymer är försumbar då de menar att fördelarna med storskalig produktion redan är passerad. Kostnadsminskningen kommer vara större för prismatiska celler än för cylindriska. Emellertid kommer inga av förändringarna av de studerade parametrarna kunna göra att Department of Energy’s kostnadsmål på 125 USD/kWh nås 2020. Enligt artikel är prismatiska NMC-celler de som kommer närmast målet med 180 USD/kWh. Kostnadsfördelar av storskalig produktion når ett tak redan vid en årlig produktionskapacitet på 0,2-0,3 GWh [10].
En annan studie har analyserat hur packkostnaden kan reduceras genom att optimera elektrodproduktionen. Att gå från organiska lösningsmedel till vattenbaserade processer kan kostnaden för elektrodproduktionen minskas med en tiopotens [11]. Om tiden för formering av cellerna kan förkortas (de utgår från 10-14 dagar) och i kombination med energioptimerade celler, kan packkostnaden minska från ca. 500 till 370 USD/kWh.
En svensk studie som presenterades för två år sedan visade på en årlig kostnadsminskning på 8% för batteripack till BEV (de har uteslutit HEV-data i analysen) [12]. 2014 kostade ett pack, enligt studie, 410 USD/kWh, en minskning på 60% sedan 2007. På kort sikt skulle kostnaderna kunna sänkas ytterligare med hjälp av förbättrad celltillverkning och packintegration, samt att öka produktionsvolymerna. På längre sikt är det materialkostnaderna som behöver bli lägre.
I slutet av förra året presenterade McKinsey en rapport där de säger att kostnaden för ett pack sjunkit med 80% sedan 2010 och att kostnaden nu är 230 USD/kWh [13].
Egna kommentarer
Det är inte lätt att dra några slutsatser när man gräver i kostnaderna. För vissa innebär ordet ’batteri’ det vi i fordonsindustrin kallar ’cell’. Det gör att det inte alltid är helt lätt att följa pristrenderna. Ibland anges packkostnaden och ibland cellkostnaden; utan att det finns en förklaring.
Tesla och LG Chem visar på lägre kostnader än studien från Carnegie Mellon University, vilket känns underligt. Man kan spekulera om anledningarna till detta. Har Carnegie Mellon University tillgång till tillförlitliga produktionsdata? Är Teslas kostnadsbild för att attrahera inversterare? Vill LG Chem visa på låga kostnader för att positionera sig? LG Chem sa 2015 att de inte tjänar några pengar på sina xEV-celler.
Den enskilt största kostnaden för ett batteripack är det aktiva katodmaterialet – utgör 15%. Även om man skulle halvera kostnaden för det aktiva katodmaterialet kan inte packkostnaden halveras (en halvering torde vara de många efterfrågar). Största potentialen för att sänka packkostnaderna torde ändå finnas i kringkomponenterna i ett pack, och hur cellerna integreras och styrs, och beror på vem som gör detta (OEM eller underleverantör). Men valet av, och samarbetet med, en celleverantör kan starkt bidra till ett bättre optimerat pack än att försöka köpa en ’svart låda’.
Tesla säger att de nya cellerna ska bli 35% billigare per kWh – frågan är hur mycket högre energitäthet det nya cellformatet medger? Är den faktiska kostnaden lägre eller är det så att cellernas energitäthet ökar i samma storleksordning?
Även vilken typ av elfordon som beaktas, så ser prisbilden annorlunda ut. Priset per kWh blir högre för HEV och lägre för BEV. Sjunker verkligen priserna eller är prissänkningen en konsekvens av att det blir fler och fler BEV som kommer med i analysen? Förhoppningsvis är detta inte sant, men om man inte vet bakgrunden till siffror som finns tillgängliga genom en Google-sökning kan säkert HEV-data slinka med.
Referenser
[1] Automotive Lithium-ion Battery Supply Chain and U.S. Competitiveness Considerations (2.8 MB). DOE. länk
[2] Tesla is now claiming 35% battery cost reduction at ‘Gigafactory 1’ – hinting at breakthrough cost below $125/kWh. länk
[3] Lithium battery prices rise with demand. länk
[4] Electric-car battery costs: Tesla $190 per kwh for pack, GM $145 for cells. länk
[5] Tesla confirms base Model 3 will have less than 60 kWh battery pack option, cost is below $190/kWh and falling länk
[6] Automakers, Suppliers See ICE Alternatives Surging
länk
[7] CROSSING THE LINE: LI-ION BATTERY COST REDUCTION AND ITS EFFECT ON VEHICLES AND STATIONARY STORAGE
länk
[8] New Energy Outlook (NEO). BNEF. länk
[9] Comparison between cylindrical and prismatic lithium-ion cell costs using a process based cost model. Journal of Power Sources 340 (2017) 273. länk (sub.)
[10] Prospects for reducing the processing cost of lithium ion batteries. Journal of Power Sources 275 (2015) 234
[11] Journal of Power Sources 273 (2015) 966
[12] Rapidly falling costs of battery packs for electric vehicles. 2015. länk
[13] Electrifying insights: How automakers can drive electrified vehicle sales and profitability. McKinsey. 2017. länk (pdf)
Näst efter snabbladdning är den stora frågan många diskuterar vad batterierna kommer att kosta och när de är så billiga att en BEV konkurrerar med en förbränningsmotorbil. Idag gör vi en sammanfattning av ett antal studier av kostnadsutvecklingen och vad fordons- och celltillverkare säger om dagsläget och framtiden.
Celler och pack
Det centrala är cellerna, men utan diverse kringkomponenter blir det inget användbart pack. Givetvis skiljer sig kostnaden för en cell om den är energi- eller effektoptimerad. En studie som vi tidigare refererat till är en amerikansk studie som gått igenom cellproduktionskostnaderna för olika länder. Generellt kan man säga att cellkostnaden utgörs av material 74%, utrustning 12%, löner 7%, underhåll 5%, anläggning 1% och energi 1%. Av materialen är det katodens aktiva material som är kostnadsdrivande (32%) och därefter separatorn (18%) och elektrolyten (15%) [1].
Även vilket cellformat som används spelar roll. Tesla använder 18650-celler från Panasonic och nu jobbar man på att producera större celler i Gigafactory – 21700-celler. De nya cellerna har 3 mm större diameter och är 5 mm längre. Att ändra cellformat är mest en avvägning för hur mycket energi som går att packa i en given geometrisk form och samtidigt till största mån kunna tillverka cellerna med befintlig utrustning. Tesla hävdar att cellerna kommer bli 35% billigare och kommer kosta under 125 USD/kWh [2].
Kina exporterar stora mängder celler varje år för ett otal olika applikationer. Medelpriset för de celler som exporterades ökade med 14% under 2016, men antalet exporterade celler ökade bara med 4,5%. Det är med andra ord större celler som går på export än tidigare och ökningen tros ha att göra med ökad efterfrågan av celler till elfordon [3].
GM sa hösten 2015 att de betalade 145 USD/kWh för sina celler (från LG Chem?) medan hela packet kostade 215 USD/kWh – dvs cellerna utgör av 2/3 av totalkostnaden [4]. Detta är i linje med andra analyser som gjorts genom åren.
För ungefär ett år sedan sades det att ett batteripack till Tesla Model 3 skulle kosta under 190 USD/kWh [5], alltså skulle cellerna utgöra 65% av packkostnaden (om vi räknar på en cellkostnad på 125 USD/kWh).
LG Chem har sagt att deras celler torde kosta under 100 USD/kWh år 2022 [6]. Även Lux Research har tidigare gjort en studie över kostnaden för batteripack till BEV. De tror att kostnaden 2025 kommer ligga mellan 172 och 229 USD/kWh [7]. Och Bloomberg New Energy Finance säger att kostnaden 2020 kommer vara 190 USD/kWh och under 100 USD/kWh år 2030 [8].
Kostnadstrender
I en ny studie från Carnegie Mellon University [9] har kostnaden för Li-jonceller analyserats ur ett antal olika aspekter: cellformat, om cellen är energi- eller effektoptimerad, olika kemier och produktionsvolymer. Slutsatserna är att det går att reducera kostnaderna för celler genom att öka cellformatet och öka elektrodtjockleken (dvs ytterligare energioptimera cellerna). Att kostnaderna skulle sjunka på grund av ökade produktionsvolymer är försumbar då de menar att fördelarna med storskalig produktion redan är passerad. Kostnadsminskningen kommer vara större för prismatiska celler än för cylindriska. Emellertid kommer inga av förändringarna av de studerade parametrarna kunna göra att Department of Energy’s kostnadsmål på 125 USD/kWh nås 2020. Enligt artikel är prismatiska NMC-celler de som kommer närmast målet med 180 USD/kWh. Kostnadsfördelar av storskalig produktion når ett tak redan vid en årlig produktionskapacitet på 0,2-0,3 GWh [10].
En annan studie har analyserat hur packkostnaden kan reduceras genom att optimera elektrodproduktionen. Att gå från organiska lösningsmedel till vattenbaserade processer kan kostnaden för elektrodproduktionen minskas med en tiopotens [11]. Om tiden för formering av cellerna kan förkortas (de utgår från 10-14 dagar) och i kombination med energioptimerade celler, kan packkostnaden minska från ca. 500 till 370 USD/kWh.
En svensk studie som presenterades för två år sedan visade på en årlig kostnadsminskning på 8% för batteripack till BEV (de har uteslutit HEV-data i analysen) [12]. 2014 kostade ett pack, enligt studie, 410 USD/kWh, en minskning på 60% sedan 2007. På kort sikt skulle kostnaderna kunna sänkas ytterligare med hjälp av förbättrad celltillverkning och packintegration, samt att öka produktionsvolymerna. På längre sikt är det materialkostnaderna som behöver bli lägre.
I slutet av förra året presenterade McKinsey en rapport där de säger att kostnaden för ett pack sjunkit med 80% sedan 2010 och att kostnaden nu är 230 USD/kWh [13].
Egna kommentarer
Det är inte lätt att dra några slutsatser när man gräver i kostnaderna. För vissa innebär ordet ’batteri’ det vi i fordonsindustrin kallar ’cell’. Det gör att det inte alltid är helt lätt att följa pristrenderna. Ibland anges packkostnaden och ibland cellkostnaden; utan att det finns en förklaring.
Tesla och LG Chem visar på lägre kostnader än studien från Carnegie Mellon University, vilket känns underligt. Man kan spekulera om anledningarna till detta. Har Carnegie Mellon University tillgång till tillförlitliga produktionsdata? Är Teslas kostnadsbild för att attrahera inversterare? Vill LG Chem visa på låga kostnader för att positionera sig? LG Chem sa 2015 att de inte tjänar några pengar på sina xEV-celler.
Den enskilt största kostnaden för ett batteripack är det aktiva katodmaterialet – utgör 15%. Även om man skulle halvera kostnaden för det aktiva katodmaterialet kan inte packkostnaden halveras (en halvering torde vara de många efterfrågar). Största potentialen för att sänka packkostnaderna torde ändå finnas i kringkomponenterna i ett pack, och hur cellerna integreras och styrs, och beror på vem som gör detta (OEM eller underleverantör). Men valet av, och samarbetet med, en celleverantör kan starkt bidra till ett bättre optimerat pack än att försöka köpa en ’svart låda’.
Tesla säger att de nya cellerna ska bli 35% billigare per kWh – frågan är hur mycket högre energitäthet det nya cellformatet medger? Är den faktiska kostnaden lägre eller är det så att cellernas energitäthet ökar i samma storleksordning?
Även vilken typ av elfordon som beaktas, så ser prisbilden annorlunda ut. Priset per kWh blir högre för HEV och lägre för BEV. Sjunker verkligen priserna eller är prissänkningen en konsekvens av att det blir fler och fler BEV som kommer med i analysen? Förhoppningsvis är detta inte sant, men om man inte vet bakgrunden till siffror som finns tillgängliga genom en Google-sökning kan säkert HEV-data slinka med.
Referenser
[1] Automotive Lithium-ion Battery Supply Chain and U.S. Competitiveness Considerations (2.8 MB). DOE. länk
[2] Tesla is now claiming 35% battery cost reduction at ‘Gigafactory 1’ – hinting at breakthrough cost below $125/kWh. länk
[3] Lithium battery prices rise with demand. länk
[4] Electric-car battery costs: Tesla $190 per kwh for pack, GM $145 for cells. länk
[5] Tesla confirms base Model 3 will have less than 60 kWh battery pack option, cost is below $190/kWh and falling länk
[6] Automakers, Suppliers See ICE Alternatives Surging
länk
[7] CROSSING THE LINE: LI-ION BATTERY COST REDUCTION AND ITS EFFECT ON VEHICLES AND STATIONARY STORAGE
länk
[8] New Energy Outlook (NEO). BNEF. länk
[9] Comparison between cylindrical and prismatic lithium-ion cell costs using a process based cost model. Journal of Power Sources 340 (2017) 273. länk (sub.)
[10] Prospects for reducing the processing cost of lithium ion batteries. Journal of Power Sources 275 (2015) 234
[11] Journal of Power Sources 273 (2015) 966
[12] Rapidly falling costs of battery packs for electric vehicles. 2015. länk
[13] Electrifying insights: How automakers can drive electrified vehicle sales and profitability. McKinsey. 2017. länk (pdf)