锂电池成本爆降97%，谁是头号功臣？

移动式电子设备的普及是现代信息社会的重要支撑，电动汽车的快速发展则代表了未来低碳经济的重要方向，而这些新产品快速普及的背后，锂电池技术的快速发展和成本不断降低起到了很关键的作用。那么，让成本快速降低的原因是大量投资带来的规模效应吗？麻省理工的研究人员发现，这个效应只能排第二。

图源：MIT news

自30年前开始商业化以来，锂电池产品的价格迅速下降，相比于最初的产品，已经下降了约97%。科学家、企业、工程师在不同方向上的努力都有助降低成本，但这些努力的效果和相对重要性还不是很清楚。麻省理工学院的研究人员对其中的原因进行了详尽的分析，包括尽可能的收集原始的基础数据和技术文档，以便尽可能的还原锂电池价格变化的轨迹。

资料来源包括学术论文、行业和政府报告、新闻报道和报价单等，利用这些有关锂离子电池组件及其价格的数据，建立了电池开发成本方程和成本变化方程，并估计不同原料和组件成本降低机制的贡献，例如能量容量特性变化的影响，材料价格的降低和非材料成本的变化。研究人员发现，从上世纪90年代末到2010年左右，观察到的成本下降中约有 38% 是由于努力提高电池电荷密度带来的。同时，正极材料价格的下降贡献了成本下降的18%，非材料成本的变化贡献了成本下降的14%。同时还考虑了市场互动机制的贡献，包括研发、技术改进和规模效应，他们发现，成本变化的最大份额是由公共和私人的研究工作带来的，这对成本降低做出了大部分贡献，而规模效应的贡献较小。

图源：MIT news

团队成员、麻省理工学院数据、系统研究所教授 Jessika Trancik 认为，总体而言，成本下降的大部分（超过 50%）来自与研发相关的活动，而其中的绝大多数又来自于化学和材料学的研究，规模效应的贡献约在30%左右。同时他们发现，与人们一般认为的“实验室创新—商业化应用—成本降低”的模式不同，大部分研发投资出现在锂电池技术商业化之后，从1990年代初之后的二十多年内，大部分成本降低仍然来自研发工作——商业化开始后，持续不断的研发工作还是降低成本的最大贡献者。

这反映了一种市场机制：有优势新产品出现，相对较贵—蚕食旧产品的市场份额—产生利润回报—鼓励继续扩大规模—同类产品竞争鼓励加大研发投入—性能不断提高、成本不断降低同时市场份额不断扩大——完全取代旧产品，改写整个行业版图。

这个研究结论看上去并没有什么稀奇的，“科学技术是第一生产力”对我们来说很熟悉，但是这个“第一”到底有多重要，对其进行定量的分析的确不容易做到。大部分信息都是以企业经营数据的形式存在的，很难获取。因为大多数锂电池并不直接出售给消费者，大多数时候锂电池都是电子产品和电动汽车的配件。像 Apple 或 Tesla 这样的大公司会采购数以百万计的电池或自己制造，价格是通过谈判或内部核算产生，很少会公开披露。同时，电池本身的设计、制造系统、供应链等都是潜在的影响因素，成本的改善来自于多方面的努力，而不仅仅来自少数人的工作。当许多市场变量发生变化时，会影响许多不同的成本构成，有着复杂的依赖关系，而该团队开发的方法使得“从根本上绘制依赖关系网络，查看总体成本变化如何归因于这些变量成为可能”。

Trancik 和她的团队利用这种分析方法，分析了硅太阳能电池板和风能产品成本的快速下降，同时也用这种方法预测了核能发电的成本会上升。Trancik 认为“这确实有助于了解技术变革的基本机制，而且我们还可以及时开发专用模型，让我们能够发现可以用来改进未来技术的关键因素。”新发现于 2021 年 11 月 22 日发表在 Energy and Environmental Science 上。

参考文献：

1.https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/EE/D1EE01313K

2.https://scitechdaily.com/analysis-reveals-plunge-in-lithium-ion-battery-costs-further-steep-declines-possible/