Kwhあたりのリチウム電池のコスト-チャンスとリスク

家庭用電化製品や電気自動車の分野で最も広く使用されているエネルギー貯蔵装置として、リチウムイオン電池（LIB）は、安全性が最優先される私たちの日常生活と密接に関連しています。リチウムイオン電池は、典型的な学際的な製品です。小さな単一セルは、マルチスケールの有機および無機材料で構成されています。さらに、その比較的閉鎖性により、バッテリーパックまたはシステムのレベルではもちろん、オンラインでの学習が困難でした。機械的、電気的、熱的乱用を含む乱用の安全性でも表現されるセキュリティは、リチウムイオン電池にとって非常に複雑な問題です。大規模な設置では、セキュリティを確保する必要があります。ここでは、kwhあたりのコストを伴う安全性の問題に関連する主要な材料とセル開発技術をレビューします。バッテリーの主要コンポーネントには、カソード、アノード、電解質、およびセパレーターが含まれます。セルの設計および製造技術も、セルの電気化学的および安全性能に大きな影響を及ぼします。ここでは、単一セルの熱暴走サイクルと、バッテリー材料およびセルレイアウトの最近の進歩について説明します。

Kwhあたりのリチウム電池のコストはいくらですか？

自動車の電化と再生可能エネルギーで生成された電力（主に太陽光と風力）を貯蔵する必要性は、リチウムイオン電池の巨大な需要を示しています。

過去10年間で、リチウムイオン電池の価格は急落しました。ブルームバーグNEFによると、バッテリーパックの価格は2010年に1 kWhあたり1,160ドルに達しましたが、昨年は1 kWhあたり176ドルに下落し、専門家は2024年までに進歩により100ドル未満になる可能性があると示唆しています。一方、新しい研究では、リチウムイオン電池の価格が2020年までに劇的に下落する可能性があり、電動車両の一部の市場で広く採用される条件が生まれることが示唆されています。

バッテリー技術は先に充電されます

ほとんどの専門家は、エネルギー貯蔵価格が今後数年間で下落することに同意しますが、どれだけ遠く、どれだけ早くなるかについては同意しません。バッテリー価格の大幅な下落は、業界や社会自体に広範囲にわたる影響を与える可能性があるため、これは重要な議論です。特に、より安価なバッテリーは、電力、運輸、石油セクターを混乱させる可能性のある、電動車両の幅広い採用を可能にする可能性があります。

自動車業界のリチウムイオン電池の価格が2025年までにどのように変化するかを推定する、包括的なボトムアップの「コストがかかる」モデルを構築しました。分析によると、完全な自動車用リチウムイオン電池パックの価格は2020年までにキロワット時（kWh）あたり500ドルから600ドルに、kWhあたり約200ドルに、2025年までにkWhあたり約160ドルに下がる可能性があります。米国では、ガソリン価格が1ガロンあたり3.50ドルを超えるか下回るため、kWhあたり250ドル未満の価格でバッテリーを購入する自動車メーカーは、高度な内燃エンジンを搭載した自動車を使用して、総所有コストベースで電動車両と競合する可能性があります（展示）。

当然、バッテリーの価格に加えて、採用のペースはさまざまな要因に依存します。バッテリーの状態、車両の性能と信頼性、および顧客の好みについて、マクロ経済および規制のチェックを行うことが重要です。また、自動車メーカーがバッテリー価格の低下を認識するペースは3〜5年異なる可能性があり、製品開発サイクルの期間は、これらの企業が採用しているポートフォリオ戦略によって異なります。

さらに、より安価なバッテリーの出現は、内燃機関などの他の技術のさらなる革新を刺激する可能性があります。これらの進歩は、次の10年間だけでなく、どのような技術が普及しても、より広範な輸送経済も再形成され、進歩する可能性を高めるでしょう。

リチウム電池のコスト動向とリスク

現在のレートでは、リチウムイオン電池はDCレベルで2030年までにUS $ 100 / kWhに達すると予想され、おそらく300Wh / kgに達するでしょう。これらのレートは線形であるように見えます。より大きな複利が発生した場合、これらのメトリックははるかに早く満たされます。この開発の主な推進力は、自動車産業が主導する生産量の増加です。

図1で述べたように設定された傾向は、自動車用バッテリーパックの価格を40以上の基礎となるドライバーに分解し、材料の処理や生産などの分野で予想される改善、および価値のさまざまなセグメントのオーバーヘッドコストとマージンを説明します。今後数年間でリチウムイオン電池のコストが下がり、電気自動車や自動車の発明が可能になるようにチェーンします。将来のバッテリー価格のこのコンポーネントごとのビューは、業界、学界、および政府の専門家へのインタビューを含む、主要な研究基盤に基づいています。

私たちの仕事は、電動車両が内燃機関で駆動される車両のより説得力のある代替品になる日は、少なくとも総所有コストベースで3つの要因によって後押しされる可能性があることを示唆しています。

• 大規模な開発。製造における規模の影響と生産性の向上は、2015年までにほぼ達成でき、2025年までの潜在的な値下げの約3分の1に相当します。節約は、主に生産プロセスの最適化、設備の標準化、および大量のユニットへの固定費の分配から得られます。したがって、新しいプラントは、2010〜11年以前に稼働していたプラントよりもはるかに競争力が高い可能性があります。

• 材料の低価格。材料とコンポーネントの価格の引き下げは、2020年までにほぼ達成でき、全体的な節約の機会の約25パーセントに相当します。 EBITマージンは、競争圧力の下で、今日の20〜40％の半分に低下する可能性があります。ユニットサプライヤーは、製造の生産性を高め、最適なコストの場所に業務をシフトすることで、コストを大幅に削減します。

• バッテリー容量を増やす技術。カソード、アノード、および電解質の技術的進歩により、2020〜25年までにバッテリー容量が80〜110％増加する可能性があります。これらの取り組みは、特定された値下げの40〜45パーセントを占めています。層状構造を組み込んだバッテリーの新しいカソードは、不感帯を排除し、セル容量を40％増加させる可能性があります。大容量のシリコンアノードは、今日のグラファイトアノードよりもセル容量を30％増加させる可能性のあるメーカーによって製造されています。また、科学者は、セル電圧を2025年までに3.6ボルトから4.2ボルトに上げることができるカソードと電解質のペアを設計しているため、現在の標準と比較してセル効率が17％向上し、場合によってはそれ以上になります。

他のセクター、特により安価でより高性能なバッテリーに対する世界的な需要が強い家電製品では、自動車用リチウムイオンバッテリーの値下げを可能にするほとんどの開発が実際に最初に実現されます。