美国卡内基梅隆大学的RebeccaE. Ciez与他的同事J.F. Whitacre利用基于BatPaC的成本模型分析了圆柱形电池和方形电池的成本情况,发现在目前的技术水平下,圆柱形进一步降低成本的空间很小,而方形电池则有很大的潜力去降低锂离子电池的成本。
模型中RebeccaE. Ciez以18650电池作为基线,允许其在高度和直径方面增加10%,以便提高电池的容量。模型的建立主要分为两个过程,电池物理模型的建立主要包含电池的容量、尺寸、正负极的长度和活性物质的质量等参数,其次是建立成本的分析模型,Rebecca E. Ciez根据基于过程的成本分析模型(PBCM)建立了方形和圆柱形电池的成本模型。
影响锂离子电池成本的主要包含材料、设备、辅助设备、维护、人力、能源、建筑等因素,利用上述模型分析可以发现同样采用70微米电极和2GWh产量时,LMO材料的电池的单只成本是最低的,但是要考察每KWh的成本时,LMO材料反而要比NCA和NCM材料成本更高,LMO的成本约为440$/KWh,而NCA和NCM的成本则为276$/KWh和243$/KWh左右。而电极的厚度和电池的尺寸对电池的成本影响最为明显,提高电池的厚度可以显著的降低电池的成本,增大电池的尺寸,也能明显的降低电池的成本。
对比材料和过程在电池成本中所占的成本发现,材料成本是最高的,约占整个电池成本的40%左右,其次是设备成本和人力成本。在材料成本中,有将近一半的费用是电池的结构成本,例如外壳、端子和密封件等,值得注意的是碳酸锂的价格对锂离子电池的成本影响微乎其微,即使碳酸锂的价格从7.5$/kg提高到25$/kg,锂离子电池的成本上涨幅度也不超过10%。利用上述成本模型对方形电池进行成本发现,在相同的容量下方形电池的成本要低于圆柱形电池,这主要得益于方形电池结构成本的降低。
上述成本模型分析可以得知,锂离子电池的材料对其成本具有重要的影响,虽然提高产量有助于降低生产成本,但是当年产量超过1GWh时,提升产量带来的成本降低就会非常轻微。电池结构成本也会对锂离子电池成本产生显著的影响,采用方形电池,由于设计的灵活性,可以大幅度的降低生产成本。