2018年9月，BCG（波士頓咨詢(xún)公司）發(fā)布《電動(dòng)汽車(chē)電池生產(chǎn)的未來(lái)》，在此本訂閱號(hào)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)全文進(jìn)行了翻譯，分享給大家，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)擴(kuò)散，更多內(nèi)容請(qǐng)移至文末下載。

正文

全球動(dòng)力電池的產(chǎn)量預(yù)計(jì)很快將高于全球動(dòng)力電池市場(chǎng)需求的40%左右，進(jìn)而給這個(gè)行業(yè)造成了巨大的價(jià)格壓力。動(dòng)力電池產(chǎn)量的增長(zhǎng)速率遠(yuǎn)超過(guò)了需求增速，將會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池產(chǎn)品的價(jià)格不斷下降。

生產(chǎn)商必須降低生產(chǎn)成本

通過(guò)改進(jìn)工廠(chǎng)結(jié)構(gòu)、工廠(chǎng)數(shù)字化和工廠(chǎng)流程來(lái)向未來(lái)工廠(chǎng)過(guò)渡，電池制造商可以減少每千萬(wàn)時(shí)電池組的成本約20%。除材料外的電池生產(chǎn)過(guò)程成本有望降低20～35%。采用數(shù)字技術(shù)可以降低成本，進(jìn)而推動(dòng)經(jīng)濟(jì)研發(fā)新電池材料以及相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)。

每個(gè)利益相關(guān)者必須采取行動(dòng)來(lái)捕捉利益

電池制造商必須對(duì)現(xiàn)有的工廠(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)或者新建具有未來(lái)工廠(chǎng)概念的工廠(chǎng)。未來(lái)的電池工廠(chǎng)可以通過(guò)降低美國(guó)和西歐汽車(chē)制造商的抵岸成本，從而在2030年之前達(dá)到與燃料汽車(chē)進(jìn)行價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的水平。

電動(dòng)汽車(chē)的時(shí)代即將到來(lái)，電池將逐漸成為移動(dòng)的主要?jiǎng)恿?lái)源。為了獲得市場(chǎng)份額，實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，電池生產(chǎn)商需要大幅提高生產(chǎn)能力。但是這一做法可能會(huì)造成整個(gè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)下滑。

BCG預(yù)計(jì)2021年，全球電池產(chǎn)量將高于需求量約40%，這將給電池價(jià)格造成巨大壓力。即便是新興的電池生產(chǎn)商也不得不通過(guò)大幅降價(jià)來(lái)獲取競(jìng)爭(zhēng)激烈市場(chǎng)中的銷(xiāo)售份額。電池生產(chǎn)商只有通過(guò)降低電池的生產(chǎn)成本，才能在確保利潤(rùn)的前提下降低銷(xiāo)售價(jià)格。

BCG研究發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)能過(guò)剩的市場(chǎng)，提高電池生產(chǎn)的運(yùn)行性能是提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的最有效途徑。電池生產(chǎn)商只有通過(guò)實(shí)施未來(lái)工廠(chǎng)的概念，利用工業(yè)4.0的技術(shù)來(lái)改進(jìn)工廠(chǎng)結(jié)構(gòu)和工廠(chǎng)流程，才能提高生產(chǎn)運(yùn)行效率。（參閱波士頓咨詢(xún)公司（BCG），《2016年未來(lái)工廠(chǎng)研究》）

通過(guò)向未來(lái)工廠(chǎng)轉(zhuǎn)型，電池生產(chǎn)商可以降低資本支出、日常開(kāi)支同時(shí)提高收益率，從而可以降低每千萬(wàn)時(shí)電池組的成本約20%。20～35%生產(chǎn)成本（不包括材料）的降低可通過(guò)電池生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)：電極生產(chǎn)、電池組裝、電池完成。其中，在電極生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)縮短干燥時(shí)間，生產(chǎn)速率得以提高，同時(shí)生產(chǎn)設(shè)備的成本也相應(yīng)地降低。在電池組裝環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化參數(shù)設(shè)置提高了生產(chǎn)精度同時(shí)縮短了生產(chǎn)時(shí)間。在電池完成出廠(chǎng)中，通過(guò)縮短成型和老化的時(shí)間，資本花費(fèi)可以大大減少。

電池生產(chǎn)商和汽車(chē)制造商必須采取相應(yīng)的措施才能有效地降低這些生產(chǎn)成本。生產(chǎn)商可以對(duì)現(xiàn)有工廠(chǎng)的結(jié)構(gòu)和流程進(jìn)行數(shù)字化改造并設(shè)計(jì)成為未來(lái)工廠(chǎng)。對(duì)美國(guó)和西歐的電動(dòng)汽車(chē)制造商而言，電池未來(lái)工廠(chǎng)的實(shí)現(xiàn)將促使電動(dòng)汽車(chē)在2030年之前具備與傳統(tǒng)燃料汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)的價(jià)格水平。

低成本電池市場(chǎng)的需求正在迅猛增長(zhǎng)

通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的預(yù)測(cè)，我們估測(cè)了電池的市場(chǎng)需求。（電動(dòng)車(chē)引爆點(diǎn)：電動(dòng)化、自動(dòng)駕駛和共享出行—汽車(chē)行業(yè)的未來(lái)，BCG的焦點(diǎn)，2018年1月。）模型考慮了四種電動(dòng)車(chē)的電池容量要求和使用率，具體的假設(shè)如下：

中型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（MHEVs）有一個(gè)內(nèi)燃機(jī)和一個(gè)電池容量約為5kWh的小功率動(dòng)電動(dòng)機(jī)。我們假設(shè)到2030年，MHEVs將占全球汽車(chē)市場(chǎng)的15%。

混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）有一個(gè)內(nèi)燃機(jī)和一個(gè)電池容量約10kWh的中型電動(dòng)機(jī)，同時(shí)假設(shè)2030年的市場(chǎng)份額約13%。

插入式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)有一個(gè)ICE和一個(gè)電池容量約為18kwh的大功率電動(dòng)機(jī)，假設(shè)2030年的市場(chǎng)份額僅為6%。

純電動(dòng)汽車(chē)（BEVs）有一個(gè)由大容量電池供電的電動(dòng)機(jī)。根據(jù)不同的車(chē)輛類(lèi)型，電池的容量最高可能達(dá)到110kWh，同時(shí)假設(shè)2030年，BEVs的市場(chǎng)份額將占14%左右。

BEVs將占電池容量市場(chǎng)需求的最大的份額。為了深入了解不同BEVs對(duì)電池的市場(chǎng)需求，我們對(duì)四種類(lèi)型的BEVs及其電池容量進(jìn)行研究。

城市車(chē)。這種小型車(chē)通常適合在城市內(nèi)短途行駛。其電池可通過(guò)車(chē)庫(kù)或街道插座的標(biāo)準(zhǔn)電壓隔夜充滿(mǎn)。我們預(yù)測(cè)這一類(lèi)型的汽車(chē)將在2030年占BEV市場(chǎng)份額的20%左右。

家庭轎車(chē)。這類(lèi)車(chē)適合中程，城市間的行駛。電池需要通過(guò)高功率充電樁進(jìn)行充電，充電的時(shí)間大約30分鐘到60分鐘。預(yù)計(jì)將在2030年占BEV市場(chǎng)份額的40%左右。

高檔車(chē)。這類(lèi)車(chē)是BEV中具有功率最大發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)車(chē)，其行駛路程可達(dá)到500英里。電池完全充滿(mǎn)將大約需要2個(gè)小時(shí)。充電15分鐘，至少可行駛125英里。預(yù)計(jì)這類(lèi)車(chē)在2030年占BEV市場(chǎng)份額約25%。

自動(dòng)駕駛出租車(chē)。這類(lèi)車(chē)將用于城市交通。先進(jìn)的車(chē)隊(duì)管理和適用于大功率電站的快充技術(shù)（10～15分鐘）可以允許行駛里程達(dá)到125英里。無(wú)人駕駛車(chē)將會(huì)賣(mài)給車(chē)隊(duì)管理公司，而不會(huì)賣(mài)給消費(fèi)者。同時(shí)我們預(yù)計(jì)2030年這類(lèi)車(chē)占BEV市場(chǎng)份額的15%左右。

基于這些假設(shè)，電池的年需求量將從2017年的70千兆瓦時(shí)到2030增長(zhǎng)到800～900千兆瓦時(shí)。

汽車(chē)制造商不僅需要更大的電池容量來(lái)滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的需求同時(shí)也渴望更廉價(jià)的電池?，F(xiàn)階段行業(yè)的基準(zhǔn)水平表明，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)（包括電機(jī)、電力電子和電池組）將占BEVs成本的50%以上。相比之下，內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)僅占傳統(tǒng)汽車(chē)成本的16%左右。電池組（包括電池管理系統(tǒng)）占據(jù)整個(gè)車(chē)輛成本的35%左右，是主要的成本支出。因此，那些試圖降低BEVs成本的公司必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)：降低電池組的成本。

一個(gè)電池組由多個(gè)電池模塊構(gòu)成，而一個(gè)電池模塊通常又包含6～12個(gè)電池。其中，電池是成本最高的部件，約占電池組總成本的70%?，F(xiàn)階段，盡管大多數(shù)大型汽車(chē)制造商將電池生產(chǎn)業(yè)務(wù)外包給電池生產(chǎn)公司，但是汽車(chē)公司內(nèi)部仍將繼續(xù)進(jìn)行電池的模塊和封裝。這是因?yàn)殡姵啬K和封裝是決定電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程和充電速率的主要因素，而汽車(chē)制造商希望可以控制電池組使用和冷卻的空間。未來(lái)將會(huì)使電池組在汽車(chē)設(shè)計(jì)中更加重要。

規(guī)劃的產(chǎn)量將對(duì)價(jià)格造成壓力

為了通過(guò)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)降低電池生產(chǎn)成本，主要的電池生廠(chǎng)在過(guò)去的一年里相繼宣布將增加產(chǎn)能。例如，中國(guó)電池制造商寧德時(shí)代宣布將在歐洲建立第一家動(dòng)力電池生產(chǎn)工廠(chǎng)地址選在了德國(guó)，而美國(guó)汽車(chē)制造商特斯拉（Tesla）則表示正在考慮在德國(guó)建立一家電池生產(chǎn)廠(chǎng)。隨著中國(guó)制造產(chǎn)能增長(zhǎng)速度保持領(lǐng)先，未來(lái)超級(jí)電池工廠(chǎng)預(yù)計(jì)將在亞洲誕生。

到2021年，全球電池裝機(jī)總量將增加一倍以上。盡管全球?qū)?dòng)力電池的需求量大幅增長(zhǎng)，但短期內(nèi)仍趕不上電池的計(jì)劃產(chǎn)量。預(yù)計(jì)到2020年全球大約有40%的電池產(chǎn)能將閑置，而在中國(guó)這一數(shù)字將超過(guò)60%。此外，許多新增生產(chǎn)電池設(shè)計(jì)的工廠(chǎng)很快將被淘汰。

為了充分利用電池廠(chǎng)的產(chǎn)能，電池生產(chǎn)商需要大幅降低電池價(jià)格。事實(shí)上，我們預(yù)計(jì)未來(lái)10年內(nèi)價(jià)格將會(huì)減少50%以上。太陽(yáng)能電池板行業(yè)就是一個(gè)典型的例子：2006年—2015年太陽(yáng)能電池行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩35%導(dǎo)致其價(jià)格下跌了50%以上。

電池價(jià)格下降將導(dǎo)致制造成本相應(yīng)的減少，從而才可以確保生產(chǎn)利潤(rùn)。截止到2021年，每千瓦時(shí)的成本將從2018年的195美元降至153美元。相比之下，2010年的預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)生產(chǎn)商而言更有利，即2010年預(yù)測(cè)的2021年盈利生產(chǎn)成本為270美元/kWh。2018年的預(yù)測(cè)值已經(jīng)相對(duì)減少了28%。

基于當(dāng)前的預(yù)測(cè)，2021年中型電動(dòng)汽車(chē)電池組的價(jià)格將在7600～10700美元之間。在這一情景中，這種類(lèi)別的電動(dòng)汽車(chē)和內(nèi)燃機(jī)車(chē)的差價(jià)將降至5000美元以?xún)?nèi)，從而使得BEVs具有與內(nèi)燃機(jī)車(chē)競(jìng)爭(zhēng)的價(jià)格水平，尤其是考慮購(gòu)置電動(dòng)車(chē)的稅費(fèi)減免政策。盡管低差價(jià)將促進(jìn)BEVs的使用，但是這并不能消除未來(lái)電池產(chǎn)能過(guò)剩的現(xiàn)象。

電池生產(chǎn)商必須找到由產(chǎn)能過(guò)剩所引起的價(jià)格壓力的對(duì)策。那么想要憑借創(chuàng)新產(chǎn)品進(jìn)入這個(gè)行業(yè)的公司面臨著一個(gè)額外的挑戰(zhàn)，即在實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)之前，不得不應(yīng)對(duì)更低的價(jià)格。

解決方案：降低電池生產(chǎn)成本

由于電池約占電池組總成本的70%，因此電池生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)電池組降價(jià)目標(biāo)的最重要的一步。生產(chǎn)成本（不包括材料）占電池成本的30%至40%。（模塊和封裝成本不在我們的討論范圍內(nèi)）

電池生產(chǎn)成本通常采用生產(chǎn)成本與能量（kWh）的比值來(lái)表示。目前降低電池生產(chǎn)成本的兩種主要方式：提高制造精度和先進(jìn)的化學(xué)物質(zhì)來(lái)增加同等體積和質(zhì)量下的能量值（即為能量密度）同時(shí)應(yīng)用未來(lái)工廠(chǎng)的元素（這可以改進(jìn)工廠(chǎng)結(jié)構(gòu)和流程以及增加工廠(chǎng)數(shù)字化）來(lái)降低制造成本。這些方法同樣也可以用于電池模塊和封裝過(guò)程中，從而能夠在整個(gè)電池生產(chǎn)上降低成本。

目前這個(gè)行業(yè)主要關(guān)注于第一種方式。對(duì)于現(xiàn)階段的鋰電池技術(shù)，其對(duì)應(yīng)的電池能量密度在400WH/l-450WH/l之間。我們預(yù)測(cè)到2030年其能量密度將增加到650WH/l至700WH/l，這得益于生產(chǎn)精度的提高（能量密度增加150WH/l）和新型的化學(xué)材料（能量密度增加100WH/l至150WH/l）。然而由于傳統(tǒng)的制造工藝（繞卷）生產(chǎn)誤差比較大，因此這類(lèi)工藝無(wú)法經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)上述兩種方式對(duì)應(yīng)的能量密度增加。

公司可以通過(guò)投資一種新的生產(chǎn)工藝（稱(chēng)為堆疊）來(lái)生產(chǎn)高能量密度的電池。由于過(guò)高的資本需求，通過(guò)他們自身的創(chuàng)新來(lái)增加電池的能量密度將不足以拯救整個(gè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)。而且電池生產(chǎn)商在生產(chǎn)過(guò)程中并沒(méi)用充分重視數(shù)字化技術(shù)來(lái)降低生產(chǎn)成本。由于勞動(dòng)力成本僅占整個(gè)電池生產(chǎn)成本的較小部分，未來(lái)工廠(chǎng)的概念是降低生產(chǎn)成本的最有效方法。

為了確定未來(lái)工廠(chǎng)如何降低電池制造成本，三個(gè)主要的步驟需要了解，其中每個(gè)步驟又包括多個(gè)過(guò)程。下面，我們將重點(diǎn)介紹每個(gè)步驟所占的成本份額，主要的挑戰(zhàn)以及高成本過(guò)程。同時(shí)我們假設(shè)方形電電池將是電動(dòng)汽車(chē)電池組的主要設(shè)計(jì)（參見(jiàn)側(cè)欄“三種類(lèi)型的電池設(shè)計(jì)”）電極生產(chǎn)。這一步約占電池生產(chǎn)成本的39%，其中陽(yáng)極和陰極是分開(kāi)生產(chǎn)但是其過(guò)程大體相似，這一步的面臨的主要問(wèn)題是處理時(shí)間和產(chǎn)出率。在這一步驟中，涂層和干燥是最主要的成本因素。大體流程即為將活性材料漿料凃至薄金屬箔上，接下來(lái)通過(guò)干燥過(guò)程除去溶劑。其中干燥過(guò)程大約需要2至6分鐘，而這一過(guò)程具有高投資和高能耗的特征，因此是整個(gè)步驟成本最高的環(huán)節(jié)。此外，非計(jì)劃停工導(dǎo)致的機(jī)器停機(jī)時(shí)間也會(huì)引起成本大幅增加。

電池組裝。這一步大約占電池生產(chǎn)成本的20%。消除顆粒物的產(chǎn)生以及確保過(guò)程中的穩(wěn)定性可以有效防止內(nèi)部短路，進(jìn)而避免電池永久失活。主要的費(fèi)用源自于合成活性化合物。正如前文所訴，為了達(dá)到高能量密度，生產(chǎn)商須要在化合物的生產(chǎn)過(guò)程中采用堆疊技術(shù)。然而堆疊技術(shù)的復(fù)雜性以及必須緩慢處理化合物來(lái)確保精確性使其成為電池組裝成本的最大因素。

電池完成。這一步驟約占電池成本的41%，其中形成和老化是成本最高的過(guò)程，這也表明了加工時(shí)間和產(chǎn)出率是這兩個(gè)過(guò)程所面臨的挑戰(zhàn)。

在形成過(guò)程中，電池特性是通過(guò)多次充放電循環(huán)來(lái)建立的，這一過(guò)程是通過(guò)高昂的工作站完成，大約耗費(fèi)2～10小時(shí)。而在老化過(guò)程中，成品的電池將放置幾個(gè)周來(lái)確定是否存在微短路情況。在任何特定的時(shí)間，生產(chǎn)商可能需要將數(shù)十萬(wàn)個(gè)電池存儲(chǔ)在倉(cāng)庫(kù)中，而這些倉(cāng)庫(kù)需要昂貴的環(huán)境控制和安全防范措施。因此，最大化生產(chǎn)率是這一階段的主要挑戰(zhàn)。

在未來(lái)工廠(chǎng)中，電池成本會(huì)下降20%

采用下一代數(shù)字技術(shù)可以讓電池工廠(chǎng)從工業(yè)4.0成熟的早期階段（運(yùn)行狀態(tài)透明）轉(zhuǎn)化成為最先進(jìn)的未來(lái)工廠(chǎng)設(shè)計(jì)（全自動(dòng)工廠(chǎng)）。電池每千瓦的總成本可以減少高達(dá)20%，高于由生產(chǎn)精度提高和化學(xué)材料改進(jìn)所節(jié)省的成本。生產(chǎn)成本（不包括材料）可在電極生產(chǎn)環(huán)節(jié)減少25%，電池組裝環(huán)節(jié)減少20%，電池出廠(chǎng)環(huán)節(jié)減少35%。此外，電池的能量密度將提高10～15%。（將未來(lái)工廠(chǎng)的概念應(yīng)用于模塊和封裝集成將進(jìn)一步提供降低成本的潛力，但這里并沒(méi)有考慮這一點(diǎn)。）

對(duì)降低成本特別有參考價(jià)值的四個(gè)未來(lái)工廠(chǎng)的案例：

預(yù)見(jiàn)性維護(hù)。預(yù)見(jiàn)性維護(hù)可以降低生產(chǎn)成本的7%至10%。由于計(jì)劃停機(jī)和非計(jì)劃停機(jī)都會(huì)極大地影響各種過(guò)程成本，而這一方法可以降低電池生產(chǎn)每一過(guò)程的成本。這些停運(yùn)通常會(huì)使設(shè)備有效性降低5%到10%。其中影響最大的是涂層和干燥過(guò)程，其次是形成過(guò)程、材料的合成以及老化過(guò)程。智能檢測(cè)機(jī)器的狀態(tài)以及對(duì)預(yù)先修改參數(shù)設(shè)定可以預(yù)防非計(jì)劃停機(jī)同時(shí)延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間。智能化系統(tǒng)維修保養(yǎng)計(jì)劃可以?xún)?yōu)化機(jī)器的運(yùn)行過(guò)程，從而可以減少計(jì)劃的停機(jī)時(shí)間以及維修時(shí)間，由此產(chǎn)生機(jī)器正常運(yùn)行時(shí)間的增加使得生產(chǎn)商購(gòu)置小容量的機(jī)器，進(jìn)而減少資本成本。這個(gè)技術(shù)需要用到監(jiān)測(cè)機(jī)器運(yùn)行的傳感器、工廠(chǎng)中的本地?cái)?shù)據(jù)分析平臺(tái)以及本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)。

材料加工過(guò)程。通過(guò)提高電機(jī)的生產(chǎn)效率，材料相關(guān)的加工過(guò)程（例如測(cè)量陰極材料漿料的實(shí)際組成以控制涂層和干燥過(guò)程）可使電池生產(chǎn)成本減少8%。傳感器測(cè)量材料質(zhì)量并提供實(shí)時(shí)反饋，以便機(jī)器可以調(diào)整過(guò)程，例如可以減少干燥時(shí)間，或改變壓延成型的壓力。除傳感器外，這項(xiàng)技術(shù)還需要本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析工具系列以及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和機(jī)器控制系統(tǒng)之間的接口。

智能參數(shù)設(shè)置。在電池組成和完成階段采用智能化參數(shù)設(shè)置可降低電池的生產(chǎn)成本約10%。生產(chǎn)商可以利用電極涂層精度的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整電極成型和材料合成過(guò)程中的參數(shù)設(shè)置，從而可以使復(fù)合公差的范圍由±1.0毫米減少至±0.1毫米。更高的精度會(huì)產(chǎn)生更高的能量密度，從而降低了每千瓦時(shí)的生產(chǎn)成本。生產(chǎn)商還可以根據(jù)實(shí)際的電極特性和電流電池參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)形成參數(shù)進(jìn)而縮短形成時(shí)間。資本支出的減少、電池容量的增加以及電池波動(dòng)減少這些都使得生產(chǎn)成本降低。而為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，生產(chǎn)商需要一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)工藝參數(shù)以及在相關(guān)工作站上進(jìn)行的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)。此外還需要一個(gè)大的數(shù)據(jù)分析工具系列，實(shí)時(shí)連接到測(cè)量裝配參數(shù)設(shè)置的傳感器。

智能在線(xiàn)質(zhì)量控制。在電池完成過(guò)程中采用大數(shù)據(jù)分析來(lái)提高電池的質(zhì)量控制可以降低電池的生產(chǎn)成本約15%。這項(xiàng)技術(shù)需要測(cè)量整個(gè)生產(chǎn)鏈質(zhì)量的能力、大的數(shù)據(jù)庫(kù)（原生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)）以及一種支持實(shí)時(shí)分析的分析數(shù)據(jù)庫(kù)。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）向分析工具提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)輸入。所有的工廠(chǎng)都必須有MES，從而使得生產(chǎn)者可以分析制造參數(shù)和相關(guān)的質(zhì)量測(cè)量，而這些分析又有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)輸安全的全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。BCG研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)電池生產(chǎn)商認(rèn)為MES僅僅是一個(gè)成本因素而不具有收益潛力。然而，通過(guò)將MES與先進(jìn)的分析工具相結(jié)合，生產(chǎn)者可以極大地降低生產(chǎn)成本。

電池生產(chǎn)的每一步都可以從這些例子中獲益（參見(jiàn)示圖5）。

電極生產(chǎn)。在電極生產(chǎn)過(guò)程中，原材料成分的變化會(huì)產(chǎn)生大量的廢料。例如，材料漿料和涂層模具的變化都會(huì)導(dǎo)致電極形狀的中心線(xiàn)偏差，從而導(dǎo)致電極報(bào)廢?，F(xiàn)階段，工廠(chǎng)主要通過(guò)增加電極的容差范圍來(lái)克服這一問(wèn)題，但這又降低了電池的能量密度。

在未來(lái)工廠(chǎng)中，材料加工過(guò)程使用內(nèi)聯(lián)過(guò)程控制以使得機(jī)器主動(dòng)響應(yīng)中心線(xiàn)偏差。攪拌和涂層機(jī)器裝配有材料傳感器來(lái)確定活性材料漿料的成分，并通過(guò)干燥、切割、壓延成型機(jī)器站點(diǎn)的實(shí)時(shí)反饋對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。此外，壓延成型以及真空干燥過(guò)程中的智能參數(shù)設(shè)置將允許基于壓延前后測(cè)量的孔隙度和濕度進(jìn)行自我調(diào)整。這種自我調(diào)整可以使得生產(chǎn)商縮小電極的公差范圍進(jìn)而增加能量密度。總體而言，涂層和干燥過(guò)程的智能化控制可以使干燥時(shí)間縮短約40%。此外，未來(lái)先進(jìn)的機(jī)器人將替代人工操作的加載、設(shè)置和卸載任務(wù)來(lái)完成電極生產(chǎn)。

電池組裝。電池組裝過(guò)程中的精度直接影響了電池的能量密度。由于目前的裝配機(jī)器通常采用統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制方法，不適合對(duì)幾何圖形的局部變化進(jìn)行調(diào)整，因此這限制了機(jī)器的精度，進(jìn)而降低了能量密度。在未來(lái)工廠(chǎng)中，在線(xiàn)檢查零件幾何尺寸的智能化參數(shù)設(shè)置可以提高裝配機(jī)器的精度，從而增加電池的容量。與采用固定參數(shù)設(shè)置的傳統(tǒng)裝配工藝相比，智能化參數(shù)設(shè)置可以提高電池容量約15%。

目前，裝配機(jī)器具有較高的可靠性，能夠生產(chǎn)出特定類(lèi)型的電池、化學(xué)以及設(shè)計(jì)，這也意味著每當(dāng)生產(chǎn)一個(gè)新產(chǎn)品，生產(chǎn)商不得不對(duì)重新投資新的裝配機(jī)器，甚至還需要新建工廠(chǎng)。在未來(lái)工廠(chǎng)中，由智能化參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)指導(dǎo)和先進(jìn)機(jī)器人支持的模塊裝配機(jī)器可以生產(chǎn)出不同類(lèi)型的電池，允許生產(chǎn)商可以在原有的生產(chǎn)線(xiàn)上制造出更多類(lèi)型的電池—一種轉(zhuǎn)換不同類(lèi)型電池生產(chǎn)的能力。新增的產(chǎn)品可以是如存儲(chǔ)等非汽車(chē)應(yīng)用的電池

電池完成。在未來(lái)工廠(chǎng)中對(duì)電池進(jìn)行裝配時(shí)，生產(chǎn)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字孿生—包括組件規(guī)范和進(jìn)程內(nèi)質(zhì)量測(cè)量等數(shù)據(jù)在內(nèi)的電池的多維數(shù)字表示。基于數(shù)字孿生的電池裝配在線(xiàn)質(zhì)量控制可以極大地減少物理檢測(cè)站的數(shù)量。電解液的浸潤(rùn)以及預(yù)充電的參數(shù)都是根據(jù)數(shù)字孿生所得到的特征自動(dòng)調(diào)整的。例如，電解液浸潤(rùn)裝置可以根據(jù)電極生產(chǎn)過(guò)程所記錄的材料性能數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整浸潤(rùn)過(guò)程中的壓力和電解液的流動(dòng)，從而縮短浸潤(rùn)的時(shí)間。

目前工程師主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而不是物理關(guān)聯(lián)來(lái)設(shè)置形成工藝中的參數(shù)，造成所有電池的生產(chǎn)都采用相同的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。然而事實(shí)上由于每個(gè)電池會(huì)存在一定的允許誤差，因此固定的參數(shù)不利于電池性能的最優(yōu)化。而在未來(lái)工廠(chǎng)中，生產(chǎn)者通過(guò)分析數(shù)字孿生中的數(shù)據(jù)在電池形成工藝中設(shè)置相對(duì)應(yīng)的參數(shù)，因此可以實(shí)時(shí)調(diào)整過(guò)程參數(shù)進(jìn)而優(yōu)化電池性能。此外，在電極生產(chǎn)和電池組裝過(guò)程中采用質(zhì)量控制技術(shù)最大可減少20%的電池形成時(shí)間。

通過(guò)智能在線(xiàn)質(zhì)量控制技術(shù)，記錄整個(gè)生產(chǎn)鏈的產(chǎn)品測(cè)量數(shù)據(jù)，最大可將老化時(shí)間縮短80%。這種先進(jìn)的分析技術(shù)可以幫助生產(chǎn)者確定每個(gè)電池是否發(fā)生微短路的問(wèn)題而無(wú)需通過(guò)物理測(cè)量手段。通過(guò)數(shù)據(jù)分析后質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的電池才會(huì)經(jīng)歷老化過(guò)程，即按需老化方法。由于這一方法可以有效的減少老化過(guò)程中的電池?cái)?shù)量，進(jìn)而減小倉(cāng)庫(kù)空間及相關(guān)的設(shè)備。

即使在電池組投入使用后，數(shù)字化技術(shù)還可以發(fā)揮作用。例如，通過(guò)分析行駛電動(dòng)車(chē)的電池使用情況和電廠(chǎng)性能數(shù)據(jù)，進(jìn)而優(yōu)化電池的設(shè)計(jì)和制造工藝。

BatteryProducersMustRetrofitPlantsorBuildNewOnes電池廠(chǎng)家必須改造或新建智能工廠(chǎng)

這一步主要由工廠(chǎng)處于運(yùn)營(yíng)還是規(guī)劃狀態(tài)來(lái)決定。

現(xiàn)有的工廠(chǎng)?？紤]到將工廠(chǎng)4.0應(yīng)用到現(xiàn)有工廠(chǎng)所要面臨的挑戰(zhàn)，電池生產(chǎn)商應(yīng)該將設(shè)備的改造投資控制在初始資本的10%以?xún)?nèi)。高的改造投資會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間的停產(chǎn)，進(jìn)而提高改造的成本。相比之下，新建生產(chǎn)線(xiàn)可能更加經(jīng)濟(jì)。為了選擇并實(shí)施合適的技術(shù)，生產(chǎn)商應(yīng)該采取下列的措施：

評(píng)估包括數(shù)字化應(yīng)用程度在內(nèi)的工廠(chǎng)現(xiàn)狀并且確定生產(chǎn)鏈中成本最高的關(guān)鍵因素。

選擇可以解決成本問(wèn)題的新數(shù)字化技術(shù)方案。

對(duì)已確定的方案進(jìn)行價(jià)值量化并排序：量化每個(gè)方案的潛在成本節(jié)省以及相關(guān)優(yōu)點(diǎn)。

建立技術(shù)方案示范點(diǎn)并制定詳細(xì)的實(shí)施路線(xiàn)。

規(guī)劃階段的工廠(chǎng)。對(duì)于處于規(guī)劃階段的工廠(chǎng)，生產(chǎn)商有更多的自由去全面打造未來(lái)工廠(chǎng)，下面的步驟有助于識(shí)別和獲得其價(jià)值：

價(jià)繪制值流程圖，對(duì)過(guò)程和成本自下而上進(jìn)行總結(jié)。

確保工廠(chǎng)計(jì)劃明確過(guò)程中所需的信息流以及采用高級(jí)分析所需的傳感器、機(jī)器控制和相關(guān)工具

工廠(chǎng)設(shè)計(jì)中應(yīng)詳細(xì)介紹工藝流程和物質(zhì)流以便為設(shè)備規(guī)范的指定和供應(yīng)商的選擇提供依據(jù)。

建立涵蓋工廠(chǎng)生產(chǎn)初始階段的詳細(xì)路線(xiàn)實(shí)施圖，并且向過(guò)程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)提供所需的工程測(cè)量和數(shù)據(jù)流信息。

AutomakersShouldSeizeaLanded-CostAdvantage汽車(chē)制造商應(yīng)該利用抵岸價(jià)格的優(yōu)勢(shì)

目前由內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的制造轉(zhuǎn)型為電動(dòng)車(chē)的制造是一個(gè)很難的過(guò)程。建立未來(lái)的電池工廠(chǎng)不僅可以促進(jìn)轉(zhuǎn)型，而且還有利于汽車(chē)制造商與專(zhuān)注于電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)和制造的初創(chuàng)企業(yè)進(jìn)行有效的競(jìng)爭(zhēng)。

如今，大部分電動(dòng)汽車(chē)制造商從已經(jīng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)廠(chǎng)家那里購(gòu)買(mǎi)標(biāo)準(zhǔn)化電池。然而使用標(biāo)準(zhǔn)化電池會(huì)限制制造商對(duì)電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為了繼續(xù)保持競(jìng)爭(zhēng)力，汽車(chē)制造商需要針對(duì)不同車(chē)型規(guī)格定制不同的電池。例如可以通過(guò)增加電池壽命以及運(yùn)行范圍進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更好的車(chē)輛性能。

電池技術(shù)的進(jìn)步使得電池定制設(shè)計(jì)成為可能，同時(shí)未來(lái)工廠(chǎng)可以有效地降低定制電池的成本。事實(shí)上，我們預(yù)計(jì)2030年以后，電力動(dòng)力系統(tǒng)的專(zhuān)用化程度將超過(guò)現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。

汽車(chē)制造商應(yīng)該打破傳統(tǒng)的供應(yīng)商關(guān)系，與應(yīng)用尖端技術(shù)領(lǐng)先的電池生廠(chǎng)商建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，從而盡早從這些先進(jìn)技術(shù)中獲益。這種戰(zhàn)略伙伴關(guān)系可以幫助汽車(chē)制造商深入了解電池生產(chǎn)所面臨的挑戰(zhàn)，促使他們能夠參與開(kāi)發(fā)新的技術(shù)解決方案。同時(shí)汽車(chē)制造商和電池生廠(chǎng)商之間的密切合作也將使得雙方能夠迅速調(diào)整生產(chǎn)工藝以適應(yīng)新的電池尺寸和化學(xué)成分，并將新的電池設(shè)計(jì)集成到車(chē)輛中。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，汽車(chē)制造商建立自己的電池工廠(chǎng)來(lái)為未來(lái)的電動(dòng)車(chē)生產(chǎn)定制電池可能會(huì)經(jīng)濟(jì)一些。作為行業(yè)的基準(zhǔn)，每年10千兆瓦的產(chǎn)量可能是實(shí)現(xiàn)成本競(jìng)爭(zhēng)力所需規(guī)模效應(yīng)的下限。這對(duì)應(yīng)于每年約150000輛電動(dòng)汽車(chē)。根據(jù)最新的公告，很多大型汽車(chē)制造商正在努力實(shí)現(xiàn)在2030年前汽車(chē)年銷(xiāo)售量不低于100萬(wàn)輛。在這樣的銷(xiāo)售水平上，電池內(nèi)部生產(chǎn)將會(huì)成為經(jīng)濟(jì)可行的。而且考慮到他們?cè)谂績(jī)?yōu)化生產(chǎn)上具有幾十年的經(jīng)驗(yàn)，從而使許多制造商也可以?xún)?yōu)化電池的規(guī)模生產(chǎn)。

事實(shí)上，對(duì)于美國(guó)和西歐的汽車(chē)制造商而言，建立未來(lái)電池工廠(chǎng)（無(wú)論是供應(yīng)商還是他們自己）可以極大地降低抵岸成本從而可以在2030年之前實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)的價(jià)格水平。此外成本的降低也會(huì)使得這些制造商可以同中國(guó)和東歐的同行進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。

中國(guó)和東歐現(xiàn)有以及正在建立的電池工廠(chǎng)沒(méi)有應(yīng)用未來(lái)工廠(chǎng)的概念，這為美國(guó)和西歐的汽車(chē)制造商創(chuàng)造了一個(gè)可以利用抵岸成本的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)未來(lái)的電池工廠(chǎng)可以降低生產(chǎn)成本20%左右進(jìn)而減少資本支出、全時(shí)間的花費(fèi)以及能量消耗。由未來(lái)工廠(chǎng)帶來(lái)的成本節(jié)省將使得美國(guó)和西歐汽車(chē)制造商的抵岸成本比中國(guó)的低12%和17%。此外，西歐電動(dòng)汽車(chē)制造業(yè)的抵岸成本將比東歐的低。

通過(guò)應(yīng)用未來(lái)工廠(chǎng)，電池生產(chǎn)商可以消除由于產(chǎn)能過(guò)剩而導(dǎo)致的低價(jià)格并且有助于整個(gè)移動(dòng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的潛力。僅通過(guò)優(yōu)質(zhì)的電池化學(xué)材料無(wú)法挽救行業(yè)的經(jīng)濟(jì)，因此必須減少制造成本以確保盈利性。未來(lái)工廠(chǎng)涵蓋了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所需的技術(shù)和系統(tǒng)，可使成本降低20%。最先完成未來(lái)工廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)盈利的生廠(chǎng)商將成為整個(gè)行業(yè)的領(lǐng)軍者。未來(lái)電池生產(chǎn)的競(jìng)爭(zhēng)將從今天開(kāi)始。