供电：电动汽车电池生产商如何应对成本紧缩

照片由LenkaBezstarosti拍摄 基尔尼，布拉格 突破困境：电动汽车电池制造商如何降低成本压力 制造商正在寻找一切机会削减材料成本，并充分利用其资本支出。 身处汽车行业，现在是个艰难的时期。除了经济挑战和地缘政治不确定性之外，OEM和供应商仍在为通货膨胀驱动的成本飙升而苦苦挣扎，利率以及材料和劳动力的价格仍然居高不下。因此，电动汽车（EV）产量2024年预期下降23%. 在电池单体生产的资本支出（capex）约为每吉瓦时（GWh）7000万至1.1亿美元，而电池单体和模组生产则上升至每吉瓦时（GWh）9500万至1.5亿美元的情况下，这要求所有生产线的高利用率。考虑到在高端有半固态技术，在低端有钠离子电池等新技术和化学体系的出现，制造商需要就投资哪些化学体系和外形进行明智的决策，特别是由于转换生产设置可能很复杂。例如，包装固态电池单体的压力需求大约是标准镍锰钴（NMC）电池所需压力的两到三倍。 当需要在新技术领域进行大量投资时，例如软件定义车辆、自动驾驶和电动出行解决方案，组织才能跟上不断变化的市场动态并保持竞争力。为了平衡这些需求并稳定他们的利润空间，几乎所有OEM厂商都已启动了远-reaching的成本削减计划，加大了对他们供应链的压力。 随着行业面临这些障碍，一些电动汽车电池制造商宣布了生产延迟或取消了新产能的投资计划，而另一些则启动了缩小规模计划、关闭工厂并解雇了部分员工。 汽车电池制造商尤其感受到了压力。以有竞争力的成本生产电动汽车电池电芯和电池包意味着要运营能够大规模生产的大型千兆工厂。虽然电池制造商在电池容量达到大约10千兆瓦时（GWh）时可以收支相抵，而通常四个生产电芯每个可生产2.5GWh，但大多数目标是15GWh及以上。这显然有利于制造商在生产产出、实现成本效率和规模经济方面，但需要更大的初始资本支出。 然而，一旦向电动化转型的进程再次加速，这可能又会引发一系列新问题。我们建议电池制造商不应过快削减产能，而是要寻找其他方法来提高现有生产厂点的盈利能力，这些方法不应依赖于新客户或更高的生产量。相反，应关注净利润，这意味着要确保底线。 突破困境：电动汽车电池生产商如何击败成本危机1 修复电池底线 基于这种理解，三种方法提供了最大的机会来降低生产成本和提高运营效率： 所有电动汽车电池制造商的首要任务是 理解真正推高成本的因素.这往往heavily驱动by直接材料andCapex. 直接材料占近三分之二64%占总生产成本的)，这主要受到锂、镍和钴等正极活性材料的价格和供应情况的影响，以及石墨和富硅石墨负极、隔膜、电解液，以及外壳中使用的金属 （参见第3页的图1）。 随着电池项目生命周期中降低成本的方法不断变化，最大化节省需要定制化的方法。我们帮助公司在每个阶段从我们的技术降本工具箱中选择最合适的选项（参见第4页的图3）。 建设一个数吉瓦时的电池生产规模需要大量投资设备和生产设施。例如，对于一个20吉瓦时的工厂，投资可能轻易达到20亿至30亿美元，这显示了折旧和摊销在电池成本结构中的高度相关性。与直接材料一样，资本支出的划分将取决于电芯技术和封装设计。 The策划和理念阶段提供最大的自由度以进行重大变更。在电池进入串行开发之前，应用技术宏观杠杆，如调整通用规格或解决操作条件，至关重要。例如，挑战认为低端车辆 电池需要高能量密度或具有高比例直流快充特性的充电曲线的假设，可能会创造从NMC切换到混合电池概念的条件。通过混合钠离子电池（价格最高可达NMC的一半）和锂锰铁磷酸盐/NMC电池，可以实现显著的成本节约。 对于一个典型的电池制造商，压倒性的多数（75%至80%)的资本支出投入到生产设备中（参见第3页的图2）。进一步细分来看，我们可以看到电芯形成和老化占最大份额，达到15%至20%，其次是电极卷对卷步骤，包括涂覆、压延和冲切 ，占10%至15%，并且——根据涂覆技术——干燥也占10%至15%。相比之下，材料准备和电芯包装等其他过程需要相对较少的投资。 重要的是，只要及早处理，这些措施的实施不会对重新设计或开始生产造成任何重大影响。例如，可以通过修改单元格 、模块或包装要求，以及降低不影响关键方面的技术组件（如客户价值或安全）来应对过度设计。理想情况下，这些活动将得到涵盖已建立竞争对手、崛起的挑战者和与领先供应商合作选定的共同设计工作的全面概念基准的补充。通过遵循这些步骤，电池制造商可以实现两位数的节省。 突破瓶颈：电动汽车电池生产商如何应对成本压力2 图1 电动车主机厂的主要成本驱动因素是直接材料和资本支出 电池生产利润表 100% 69% 原材料劳动研发 销售，一般，和行政 其他 折旧和摊销 9% 10% 12% 收入直接成本间接成本折旧和 EBIT 摊销 64% 来源：Kearney分析 图2 一个电动汽车电池制造商的资本支出中，大约有75%到80%与设备相关 典型资本支出（每吉瓦时百万美元） 95–15020–25% 主建筑 干燥室 实验室 75–80% 10–15% 10–15% 15–20% 2 总数建筑1 总预混合涂装，干燥 单元格 Packand 其他4 资本性支出设备和泥浆压延包装3汇编 开缺口 1包含属性 2包括干式房间控制 3包括堆叠/卷绕、焊接和电解质填充 4包括仓库、实验室设备、公共事业等。资料来源：对全球电池行业专家的访谈、桌面研究；基尔尼分析 形成与老化 突破困境：电动汽车电池生产商如何应对成本危机3 图3 科尼尔公司的框架可以帮助制造商确定降低成本的最佳方法 直接材料优化框架：技术杠杆（用于降低成本的范围框架和示例方法） elue创建影响Va 设计EBIT管理EBIT 非详尽 规划 概念发展 启动/系列 淘汰 规格和操作流程简化 DtX和VAVE 概念基准测试和优化 创新供应商内的协同设计协作成本削减 分析驱动，高度竞争性授予 360°供应商计划 目标成本导向 商品管理 产品生命周期 基尼公司工具箱：技术成本削减杠杆（高压电池） 早期PDP相关晚 规格和操作条件简化 概念优化 DtX和VAVE (技术设计实现) 单元格 A1 成本密集型减少电极材料（例如，钴） $$$ B1 基于多物理模型的电池设计，利用实际EOL测试并与（虚拟）验证数据和优化 $$ 干式涂层用于还原 C1溶剂（材料）和干燥处理时间（能量） $$$ 更高能量的活性材料（例如， A2富镍）以减少材料使用在保持给定性能的同时 $$ (部分)与主要解耦 B2原材料低通过使用回收材料 $$ C2 基于仿真的填充设计和形成以减少过程 timesandequipment:digital 生产双胞胎 $$$ A3 开发更温度- 抗电解质（例如，锂盐LiTFSI，离子液体）以扩展 工作温度范围 $ B3 Largercell格式（例如棱柱形或使用LFP或SIB成本（软包装电池）效率和简化设计 $$ C3 高速和多单元tab激光焊接以减少工艺时间 $$$ 模块 A4 提升热管理性能 模块级（例如，液冷板）通过高效热传导 orcooling $$ B4 结构式和功能组件（例如，集成冷却通道在住房) $$ 标准化子模块设计 C4tosimplifyassemblyprocessesand跨产品线启用扩展 $$$ 使用轻质材料（例如，） A5CFRP)用于外壳以减轻重量同时保持结构完整性 $ 模块布局优化为 B5提高能量密度并降低互连复杂性 $$ C5 灵活且模块化的模块组装以增加自动化能力即便有高产品 品种多样，低产量 $$$ 包 A6 增强型（基于模型）电池管理系统改进状态监控和操作适应以延长电池寿命 $$ 细胞-2包（C2P）用于减少 B6外周材料/组件 以及减少流程步骤 $$ 自放电和基于EIS的电池 C6质量确定以缩短 存储阶段和EOL测试 $$$ 高级热管理 A7集成（例如，浸没式冷却）为了增强安全性和性能 $ 减速器-2-底盘(C2C) B7电池之间的接口和应用程序 $$ C7 模块化和灵活的包装设计在包的变量调整 基于标准化单元模块格式 $$$ 模块在未来可能会因C2X的逼近而变得部分冗余。注意：DtX✁按价值设计；VAVE✁价值分析与价值工程；EIS✁电化学阻抗谱；PDP✁产品开发流程；LiTFSI✁双（三氟甲基磺酰）亚胺锂；CFRP ✁碳纤维增强塑料；BMS✁电池管理系统；EOL✁生命周期结束或生产线结束；LFP✁磷酸铁锂；SIB✁钠离子电池。 来源：Kearney分析 突破成本困境：电动汽车电池制造商如何赢得价格战第4页 在开发阶段,改变通用规范和技术概念更加困难。相反，这时应专注于具体部件设计修改，例如通过设计到X或价值分析及价值工程过程生产更薄的电极基板箔，并提供详细规范。由于这些规范与定义的操作条件密切相关，因此在此阶段质疑和基准化相关条件也可能释放额外节省。 电池生产商通常需要大量的资本支出投资于建设、装备和扩展先进制造设施以及确保原材料供应。这使得良好的资本支出管理对于保持市场竞争力至关重要。我们的资本支出优化方法围绕一个综合框架设计，该框架结合了短期、中期和长期战略，以可持续地减少资本支出： 假设采用上述混合电池概念，铝可以替代重且更昂贵的铜，用于钠离子电池集流体。然而，由于生产线通常与电池开发过程同步规划和建设，因此在此阶段可操作空间较小，潜在节约百分比降至个位数。即使✁坚持圆柱形电池并将电池规格从21700调整为4680，也会对组装系统进行重大调整。 —短期策略包括立即采取的行动，例如优先考虑项目、租赁机械而不✁直接购买，以及通过维护、升级或运营调整来延长 资产寿命。他们无需大量前期投资即可快速减少资本支出。 另一个潜在的调整✁提高非关键部件的公差，这可以降低产品成本并减少浪费。可信赖的供应商可以在此提供宝贵的意见。 在后期发展阶段或在生产开始后，商业杠杆也可以在降低整个电池项目成本方面发挥作用。如果我们考虑到原材料供应基地往往被少数玩家所控制，那么先进的谈判策略和深刻的市场动态理解✁关键的成功因素。在这个阶段，应用先进的AI和分析能力可以重振评奖过程，从而从现有供应商那里节省高达10 %的成本。 —中期策略例如，关于自制或外购以及工具所有权的决策 ，连同客户条款和条件，通常在六至十八个月左右开始发挥作用。这有助于使制造商的投资与其战略目标和市场需求保持一致。 —长期战略关注结构变化，如投资组合角色策略、捆绑工具采购和补贴管理，以确保制造商能够根据不断变化的市场条件和科技进步灵活调整。 突破困境：电动车电池生产商如何应对成本压力5 理解生产优先 电动汽车电池市场高度创新，意味着新的生产工艺和方法不断被开发。 在成本降低方面，低溶剂涂料和干式涂料✁最有前景的两种方法。这两种方法都通过减少或消除溶剂的使用来节省大量成本，从而缩短了干燥距离，从而释放了生产设施的空间，并减少了它们的能源消耗。干式涂料还将浆料排除在外，使得生产步骤在位置和时间上都更加灵活地分离。这不仅降低了成本，还最大限度地减少了有害物质的使用，提供了环境和经济效益。 电池生产✁一项复杂的业务，这意味着成功应用我们描述的降本方法取决于对制造过程的深入了解，包括哪些步骤取决于电芯类型和化学性质。 例如，电极制造中使用的材料对性能、安全性和耐久性有显著影响。此外，富镍正极材料、全固态电池（ASSB）和钠离子电池对湿度敏感，这意味着它们必须在干燥室或有惰性气体处理气氛中进行加工。为了说明这一点，当大气条件未受严格控制时，基于硫的ASSB会形成硫化氢——这✁一种剧毒、易燃和腐蚀性的物质。 其他适合改进的过程✁单元形成和单元老化，由于需要激活 、测试和规模化稳定单元所需的资源，这两个过程都✁资本支出密集型的。通过优化单元化学性质并应用有效的工艺控制，制造商可以减少循环时间，以及所需的设备和相关资本投入。 压延工艺的一个重要结果✁降低孔隙率，这减少了电极内部的空隙量，以实现更高的能量密度。这在ABS电池中