Sähköajoneuvoihin soveltuvien litiumioniakkujen valmistuskapasiteetti
Lahti, Akseli (2019)
Kandidaatintyö
Lahti, Akseli
2019
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019052216505
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019052216505
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tavoitteena on selvittää sähköajoneuvoihin soveltuvien litium-ioniakkujen nykytilannetta, valmistuskapasiteettia ja valmistuspaikkoja. Lisäksi työssä selvitetään tulevaisuudensuunnitelmia litium-ioniakkujen valmistuskapasiteetin lisäämiseksi. Valmistuskapasiteettia tutkitaan sähköajoneuvoihin soveltuvien litium-ioniakkukennojen- ja akkujärjestelmien osalta. Tutkimus on rajattu seuraaviin sähköajoneuvoihin: täyssähköautot, pistokehybridit, sähköbussit sekä ajettavat sähkökäyttöiset työkoneet, kuten sähkötrukit. Työssä selvitetään sähköajoneuvoihin soveltuvia yleisimpiä litium-ioniakkutyyppejä, näihin tarvittavat raaka-aineet sekä kyseisten akkutyyppien tyypilliset ominaisuudet. Erityisesti työssä kiinnitetään huomiota ominaisenergiaan, lataus- ja purkausvirtaan, lämpötilakestävyyteen sekä C-arvoon.
Raaka-aineselvityksessä keskityttiin katodi- ja anodimateriaaleihin. Selvityksen perusteella tarvittavista raaka-aineista, näiden tuotantopaikoista- ja määristä sekä käytössä olevista mineraalireserveistä sekä tutkituista resursseista tehtiin kartoitus, josta selviää raaka-aineiden sijainti suhteessa litium-ioniakkujen valmistuspaikkoihin. Myös litium-ioniakkukennojen valmistuskapasiteetista ja sen maantieteellisestä jakaantumisesta tehtiin maailman laajuinen kartoitus ja suurimpien tehtaiden valmistuskapasiteetteja listattiin valtioittain. Kartoituksen perusteella suurin osa keskeisistä litium-ioniakkujen raaka-aineista sijaitsee sellaisissa maissa, joissa ei ole litium-ioniakkujen tuotantoa tai tuotanto on suhteellisen vähäistä. Tämä johtaa siihen, että monet suuret litium-ioniakkujen valmistajat ovat riippuvaisia raaka-aineiden tuonnista. Tulevaisuuden suunnitelmien perusteella eniten valmistuskapasiteettia lisätään Kiinassa, Yhdysvalloissa, Etelä-Koreassa ja Keski-Euroopassa. Tulevaisuuden suunnitelmien ja rakenteilla olevien tehtaiden perusteella uusien tehtaiden valmistuskapasiteetit keskimäärin kasvavat koko ajan.
Työssä käsitellään myös litium-ioniakkujen hintaa, hinnankehitystä sekä tulevaisuuden hintaennusteita. Litium-ioniakkujen hintakehitys 2010-luvulla on selkeä ja hinnat ovat laskeneet tällä vuosikymmenellä noin 82 %. Markkinatutkimusten perusteella hintojen lasku jatkuu tulevina vuosina, mutta se tulee olemaan maltillisempaa kuin aikaisemmin. The objective of this thesis is to figure out the current situation, manufacturing capacity and manufacturing locations of lithium-ion batteries suitable for electric vehicles. In addition, the future plans of the increasing lithium-ion batteries’ manufacturing capacity are explained. The manufacturing capacity is examined for lithium-ion battery cells and battery systems suitable for electric vehicles. The research is limited to the following electric vehicles: full electric cars, plug-in hybrids, electric busses and drivable electric machines such as electric trucks. The thesis examines the most common types of lithium-ion batteries that are suitable for electric vehicles, the raw materials needed for them and the typical features of these types of batteries. Particular attention is paid to specific energy, charge and discharge current, temperature resistance and C-value.
The raw material statement focused on cathode and anode materials. Based on the study, the necessary raw materials, their production sites and quantities, as well as the mineral reserves in use and the resources investigated, were charted to determine the locations of the new raw materials relative to the production sites of lithium-ion batteries. A global inventory was also made of the production capacity and the geographical distribution of lithium-ion battery cells and the manufacturing capacity of the largest factories were listed by country. Based on the mapping, most of the main lithium-ion battery raw materials are located in countries, where there is relatively low or no lithium-ion battery production. This results in many massive manufacturers of lithium-ion batteries being dependent on the import of raw materials. According to future plans, the production capacity will be most increased in China, USA, South Korea and Central Europe. Based on future plans and factories under construction, the production of new factories will increase on average.
The price of lithium-ion batteries, price developments and future price forecasts are also processed. The price development of lithium-ion batteries in the 2010s is clear and prices have fallen by around 82 %. Market research shows that prices will continue to decrease in the coming years but will be more restrained than before.
Raaka-aineselvityksessä keskityttiin katodi- ja anodimateriaaleihin. Selvityksen perusteella tarvittavista raaka-aineista, näiden tuotantopaikoista- ja määristä sekä käytössä olevista mineraalireserveistä sekä tutkituista resursseista tehtiin kartoitus, josta selviää raaka-aineiden sijainti suhteessa litium-ioniakkujen valmistuspaikkoihin. Myös litium-ioniakkukennojen valmistuskapasiteetista ja sen maantieteellisestä jakaantumisesta tehtiin maailman laajuinen kartoitus ja suurimpien tehtaiden valmistuskapasiteetteja listattiin valtioittain. Kartoituksen perusteella suurin osa keskeisistä litium-ioniakkujen raaka-aineista sijaitsee sellaisissa maissa, joissa ei ole litium-ioniakkujen tuotantoa tai tuotanto on suhteellisen vähäistä. Tämä johtaa siihen, että monet suuret litium-ioniakkujen valmistajat ovat riippuvaisia raaka-aineiden tuonnista. Tulevaisuuden suunnitelmien perusteella eniten valmistuskapasiteettia lisätään Kiinassa, Yhdysvalloissa, Etelä-Koreassa ja Keski-Euroopassa. Tulevaisuuden suunnitelmien ja rakenteilla olevien tehtaiden perusteella uusien tehtaiden valmistuskapasiteetit keskimäärin kasvavat koko ajan.
Työssä käsitellään myös litium-ioniakkujen hintaa, hinnankehitystä sekä tulevaisuuden hintaennusteita. Litium-ioniakkujen hintakehitys 2010-luvulla on selkeä ja hinnat ovat laskeneet tällä vuosikymmenellä noin 82 %. Markkinatutkimusten perusteella hintojen lasku jatkuu tulevina vuosina, mutta se tulee olemaan maltillisempaa kuin aikaisemmin.
The raw material statement focused on cathode and anode materials. Based on the study, the necessary raw materials, their production sites and quantities, as well as the mineral reserves in use and the resources investigated, were charted to determine the locations of the new raw materials relative to the production sites of lithium-ion batteries. A global inventory was also made of the production capacity and the geographical distribution of lithium-ion battery cells and the manufacturing capacity of the largest factories were listed by country. Based on the mapping, most of the main lithium-ion battery raw materials are located in countries, where there is relatively low or no lithium-ion battery production. This results in many massive manufacturers of lithium-ion batteries being dependent on the import of raw materials. According to future plans, the production capacity will be most increased in China, USA, South Korea and Central Europe. Based on future plans and factories under construction, the production of new factories will increase on average.
The price of lithium-ion batteries, price developments and future price forecasts are also processed. The price development of lithium-ion batteries in the 2010s is clear and prices have fallen by around 82 %. Market research shows that prices will continue to decrease in the coming years but will be more restrained than before.