未來數(shù)十年，電動汽車將得到較大規(guī)模的發(fā)展。據(jù)IEA預(yù)測，到2030年全球電動汽車保有量將從2017年的370萬輛增長至1.3億輛，年銷售量將達(dá)到2150萬輛。在這一場景下，年新增電池容量將從2017年的68吉瓦時增長至2030年的775吉瓦時，其中84%將用于輕型汽車。中國、歐盟、印度、美國的需求分別占到50%、18%、12%和7%。

過去二十年，隨著產(chǎn)能規(guī)模的擴大，主導(dǎo)電動汽車電池的鋰離子電池技術(shù)大幅提升、價格大幅下降，使電動汽車的性價比開始與燃油汽車一爭高下。

關(guān)鍵驅(qū)動因素

自1990年問世以來，鋰離子電池在消費性電子產(chǎn)品、儲能(家用、公用事業(yè))、電動汽車行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著產(chǎn)能規(guī)模的擴大，其性能大幅提升、價格大幅下降。

將來，驅(qū)動鋰離子電池的成本下降和性能提升的四個關(guān)鍵因素是：化學(xué)材料、電池容量、生產(chǎn)規(guī)模和充電速度。

化學(xué)材料。電池的性能受兩極化學(xué)材料的影響。陰極材料主要包括鋰鎳錳鈷(NMC)、鋰鎳鈷鋁氧化物(NCA)、鋰錳氧化物(LMO)和磷酸鐵鋰(LFP);陽極材料大多數(shù)采用石墨，重型汽車中為增加循環(huán)壽命，也會使用鈦酸鋰(LTO)。NMC和NCA技術(shù)的主要優(yōu)點是能量密度更高，主導(dǎo)了輕型電池市場;LFP的能量密度低，但得益于更高的循環(huán)壽命和安全性能，它成為重型電動汽車(即客車)采用的主要化學(xué)物質(zhì)。化學(xué)材料對電池成本有著較大的影響，采用不同化學(xué)材料的電池，其價格差距最大可達(dá)到20%。

電池容量與尺寸。電動汽車電池容量差異很大，在中國最為暢銷的三款小型電動汽車的電池容量為18.3~23千瓦時;歐洲和北美的中型汽車電池容量在23~60千瓦時;大型汽車的電池容量在75~100千瓦時之間。電池容量越大、成本越低。據(jù)估計，一個70千瓦時電池的單位能量成本比30千瓦時電池低25%。

生產(chǎn)規(guī)模。擴大生產(chǎn)規(guī)模以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟是另一個重要因素。目前典型的工廠產(chǎn)能范圍大約為0.5~8吉瓦時/年，大多數(shù)工廠的產(chǎn)能約為3吉瓦時/年。按照單輛電動汽車20~75千瓦時的典型容量進行測算，單個工廠的產(chǎn)能相當(dāng)于每年可以生產(chǎn)6000~40萬個電池組。目前，德國、美國、中國、印度等地正在新建一批產(chǎn)能更大的電池工廠，其中包括特斯拉年產(chǎn)能達(dá)到35吉瓦時的超級工廠。

充電速度。當(dāng)前技術(shù)可以實現(xiàn)在40~60分鐘內(nèi)充電80%。這一訴求增加了電池設(shè)計的復(fù)雜性，比如降低電極的厚度，這會增加電池的成本;降低電池的能量密度，從而縮短了電池的壽命。美國能源部的一項分析表明，改變電池設(shè)計以適應(yīng)400千瓦的充電將使電池成本增加近一倍。

材料革命主導(dǎo)未來趨勢

根據(jù)IEA的分析，鋰離子電池仍將在未來的二十年內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)，但其化學(xué)材料將逐漸發(fā)生變化。

2025年前后，新一代擁有低鈷、高能量密度和陰極鋰鎳錳鈷(NMC)811等特性的鋰離子電池將進入量產(chǎn)。在石墨陽極中加入少量的硅，可將能量密度提高50%，而能夠承受較高電壓的電解質(zhì)鹽也將有助于提高性能。

2025年至2030年期間，鋰金屬為陰極、石墨/硅復(fù)合材料為陽極的鋰離子電池可能會進入設(shè)計階段，甚至還可以引入固態(tài)電解質(zhì)以進一步提高能量密度和電池安全性。此外，鋰離子技術(shù)可能會被鋰空氣、鋰硫等其他有著更高能量密度和更低理論成本的電池所取代。但這些技術(shù)的發(fā)展水平仍非常低，實際性能尚待測試。

2018年7月26日出版的Nature主刊上，一篇題為《距離鋰電子電池革命僅余十年》(Tenyearslefttoredesignlithium-ionbatteries)的文章指出：鋰離子電池性能和價格的演進速度正在放緩。造成上述問題的主要原因包括：在電極材料的晶體結(jié)構(gòu)中,可以儲存的電荷量快要接近理論最大值;市場規(guī)模的增長難以繼續(xù)帶來大幅度的價格降低。更糟糕的是，目前普遍采用的電極材料，如鈷和鎳十分稀缺，且價格昂貴，如果沒有任何新的變化，預(yù)計在2030~2037年間(或更早)，鈷和鎳的需求量就會超過產(chǎn)量。另一方面，新的替代電極材料，如儲量豐富的鐵、銅，則還處于早期研究階段。文章呼吁材料科學(xué)家、工程師和經(jīng)費資助機構(gòu)等加大對基于儲量豐富的鐵、銅等材料的電極材料的研究，否則，電動汽車的大規(guī)模發(fā)展將受到限制。

經(jīng)濟性的衡量

影響電動汽車與燃油汽車成本的主要因素包括：電池價格、車身大小(影響燃料經(jīng)濟性與電動汽車的電池尺寸)、燃料價格以及年行駛里程。

電池價格方面，對于以鋰鎳錳鈷811/石墨為電極材料、產(chǎn)能規(guī)模在7.5~35吉瓦時/年、電池容量為70~80千瓦時的電池而言，到2030年的成本可降至100~122美元/千瓦時，與歐盟(93美元/千瓦時)、中國(116美元/千瓦時)和日本(92美元/千瓦時)的成本下降目標(biāo)十分接近。

電動汽車與燃油車成本的差距會隨著行駛里程的增加逐漸減少，但電池的價格和汽油的價格對該差距的影響超過了車身大小。例如，電池價格等于400美元/千瓦時，電動汽車的競爭力非常小，燃油汽車將是更經(jīng)濟的選擇。

如果電動汽車電池價格較低，汽油價格較高，每日行駛里程較高時，選擇小型的電動汽車或插電式混合動力汽車比小型的燃油汽車更經(jīng)濟劃算。例如，電池價格為120美元/千瓦時、汽油價格高于今天的水平，那么無論行駛里程的長短，純電動汽車都將是更經(jīng)濟的選擇。如果電池價格等于260美元/千瓦時，則行駛里程超過3.5萬公里/年，油價達(dá)到1.5美元/升時，才是更經(jīng)濟的選擇。

對于大型電動公交車來說，如果電池價格低于260美元/千瓦時，行駛4~5萬公里/年的電動公交車在具有高柴油稅制度的地區(qū)具有成本競爭力。