Kostnaderna för elfordonsbatterier följer Wrights lag

Genom åren har batterikostnaderna varit det stora samtalsämnet för en bredare introduktion av elektrifierade fordon, bilar så väl som lastbilar och anläggningsmaskiner. Många företag och analytiker följer utvecklingen noga och förutspår framtida kostnader. Den ’magiska’ gränsen för elbilar har länge varit 100 USD/kWh. En sak är cellkostnaden och en annan är packkostnaden. Det har genom åren även funnits en förväntan att batteriutveckling och -kostnaderna ska följa Moores lag och som ibland skapat en frustration när så inte är fallet. Men kan det vara så att batterikostnaderna följer Wrights lag istället? omEV tittar närmare på saken.

Battericellkostnaden under 60 USD/kWh år 2030

Att batteriutvecklingen inte följer Moores lag, på samma sätt som halvledare, är det många som är frustrerade över: ingen dubblering av prestandan i sikte vartannat år. Och kostnaderna verkar heller inte hänga med. Battericeller är dock kemiska prylar som följer sina egna lagar – det är de kemiska reaktionerna inne i cellen som avgör. Men nu verkar batterierna följa Wrights lag när det kommer till kostnadsutvecklingen. Wrights lag säger att varje gång den kumulativa produktionskapaciteten dubblerar minskar kostnaden med en fast procenthalt.

I omEVs sammanfattning av batteriåret 2020 kunde vi rapportera om att cellkostnaderna i medel var 137 USD/kWh (sett till alla fordonstyper) och att kostnaden torde vara 101 USD/kWh 2023 (för en BEV, enligt Bloomberg NEF [1]).

Genom att koppla kostnadsutvecklingen till utbyggnaden av produktionskapaciteten har bl.a. Bloomberg NEF bra koll på framtidsläget. De har länge följt utvecklingen och noterat att batterikostnaderna sjunker med 18 % när produktionskapaciteten för batteripack fördubblas. [2]

Mellan 2010 och 2015 fördubblades produktionskapaciteten sju gånger från ca. 0,5 GWh till drygt 60 GWh, samtidigt som medelkostnaden sjönk från närmare 1200 USD/kWh till strax under 400 USD/kWh, dvs. sjönk ’bara’ med två tredjedelar. Här följer inte utvecklingen de 18 % som Bloomberg observerat. [3] Å andra sidan, mellan 2015 och 2020 växte produktionskapaciteten 2,7 gånger samtidigt som priset återigen sjönk med två tredjedelar till ca. 137 USD/kWh i medel – dvs. mer än 18 % per fördubbling av produktionskapaciteten (sett i kWh producerat alltså, red.anm.). Men om man tittar på 2010-2020 följer det Bloombergs analys – dvs. sänkning av kostnaden med 18 % per fördubbling i produktionskapacitet.

Med det som nu sker med ökade efterfrågan på BEV och ökade produktionskapaciteter av battericeller måste även produktionskapaciteten av batteripack öka. Bloombergs analys och Wrights lags skulle då ge att kostnaden torde vara ca. 85 USD/kWh år 2025, och strax under 60 USD/kWh 2030. [3]

Ökad produktionskapacitet

Det är nästan mer standard än undantag att det mer eller mindre veckovis kommer information om nya batterifabriker världen över. Av de nyheter som kommit under mars månad kan vi nämna några.

LG Energy Solutions, som nyligen en tvist i USA mot SK Innovation (vilket omEV rapporterade om), meddelade att de kommer öka kapaciteten i USA från 70 till 110 GWh/år [4].

Kinesiska fordons- och celltillverkaren BYD, som omEV nyligen rapporterade om  ämnar starta en produktionsanläggning i Europa [5]. Dock har de varken kommunicerat om tidsplan, produktionskapacitet eller placering.

I Tyskland meddelar Varta att de kommer starta produktion av 2170-celler [6], samma cellformat som Tesla vill gå ifrån; Tesla vill producera 4680-celler i Tyskland från 2022 [7].

Men den stora nyheten är väl kring VW. De har länge använt pouch-celler från de koreanska celltillverkarna LG Energy Solutions och SK Innovations, men även prismatiska celler från kinesiska CATL. Nu har VW bestämt sig för att mer eller mindre enbart använda prismatiska celler, vilket kommer starkt påverka samarbetet med de koreanska celltillverkarna [8].

För att försörja alla sina fordon säger VW att de behöver 6 anläggningar på vardera 40 GWh och samarbetet med Northvolt fördjupas ytterligare, vilket VW rapporterade under sin Power Day. Ni kan läsa omEVs rapportering här och som även tyska nyhetsbrevet Electrive skrivit om [9].

Kostnaden sjunkit med 97 % sedan 1991

Produktionskapacitet i all ära, men det finns andra mått att analysera kostnadsutvecklingen. Nyligen släpptes en forskningsartikel från MIT [10] där de analyserat batterikostnader (re.anm: läs cellkostnad) sedan 1991 och framåt. De separerar cylindriska celler från övriga. Ingen skillnad verkar vara beaktad om cellerna är till konsumentelektronik eller till elfordon och storskalig lagring. Drygt 1700 punkter (från olika analysrapporter) har de samlat i sin modell mha. AI. Kostnaderna är omräknade till 2018 års valuta och de har tagit inflation och utländska valutakurser i beaktande, men även prestandaförbättringar. De fann att cellkostnaden (per kWh) har sjunkit med 97 %, eller 13 % per år, sedan 1991. Om de även beaktar det jobb som cellerna gör (”service provided”) så blir siffran 17 %. Störst kostnadssänkning har skett för cylindriska celler, som sjunkit med 31 % per år.

Dock saknas en tydlig slutsats kring framtida kostnader. Från de insamlade data projekterar de att en kostnad på 75 USD/kWh nås mellan 2009 och 2027, samt att 20 USD/kWh nås någon gång mellan 2015 och 2042. (enligt artikeln är tidsspannen så här breda).

Egna kommentarer

När man gör analyser är det viktigt att beakta användningsaspekten. Att jämföra kostnadsutvecklingen för alla typer av Li-jonceller ger en rätt skev bild. Ingen skulle ta med gräsklipparmotorer när man studerar förbränningsmotorer för fordon…

Att priserna sjunkit så kraftigt för cylindriska celler beror mycket på överkapacitet i produktionsanläggningarna.

60 USD/kWh 2030 känns spontant orealistiskt då det kommer bli svårare och svårare att fördubbla produktionskapaciteten. Råvarukostnaderna kan ju bli betydande om tillgången är begränsad eller att olika handelshinder skapas. Indonesien flaggade ju för några år sedan om att inte exportera nickel.

Vi läser ofta nyheter om utökad cellproduktion. Om alla de planer som finns för Europa kommer det årligen produceras över 800 GWh någon gång 2025-2030.

Cellproduktion i all ära, men packproduktionen måste följa då det är produktionsökningen av just batteripack som ger kostnadssänkningar enligt Bloombergs anpassning av kostnaderna till Wrights lag. Bra att många celltillverkare även tar steget att leverera pack.

Referenser

[1] Battery Pack Prices Cited Below $100/kWh for the First Time in 2020, While Market Average Sits at $137/kWh (länk)

[2] Batteries Are Advancing According to Their Own Little-Known Moore’s Law (länk)

[3] Battery Pack Prices Cited Below $100/kWh for the First Time in 2020, While Market Average Sits at $137/kWh (länk)

[4] LG aims for 110 GWh cell production in the USA by 2025 (länk)

[5] BYD plans for European battery plant make progress (länk)

[6] Varta to launch EV battery production (länk)

[7] Tesla moves to launch cell production in Grünheide by 2022 (länk)

[8] Power Play: Volkswagen abruptly pulls plug on South Korean battery makers (länk)

[9] Power Day: Volkswagen plans standard battery cell (länk)

[10] Re-examining rates of lithium-ion battery technology improvement and cost decline (länk)