Supply Chain For Electric Vehicle Battery
ห่วงโซ่อุปทานของแบตเตอรี่ในยานยนต์ไฟฟ้า
จากนโยบายเป้าหมายการปลดปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์ทั่วโลก ส่งผลให้เกิดการเพิ่มขึ้นของยานยนต์ไฟฟ้าบนท้องถนน ซึ่งเพิ่มขึ้นสามเท่าตัวในสามปีที่ผ่านมา และส่งผลให้อุปสงค์แบตเตอรี่สูงขึ้นตามไปด้วย ในปี 2021 ความต้องการแบตเตอรี่เกือบเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า โดยอยู่ที่ 340 GWh เทียบกับ 160 GWh ในปี 2020 แบตเตอรี่ในยานยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ในปัจจุบันเป็นแบตเตอรี่ประเภทลิเธียมไอออน ซึ่งมีมูลค่าสูงสุดในชิ้นส่วนต่างๆ ของยานยนต์ไฟฟ้า
ภาพที่ 1: มูลค่าของชิ้นส่วนต่างๆในยานยนต์ประเภทสันดาป เทียบกับยานยนต์ไฟฟ้าในปี ค.ศ. 2021 และ 2030 (คาดการณ์) ดัดแปลงข้อมูลจาก (2)
Figure 1: Value of Components of Combustion Vehicles vs. Electric Vehicles in 2021 and 2030 (forecast) Adapted from (2)
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีหลายประเภท มักเรียกตามวัสดุที่ใช้ทำขั้วอิเล็กโทรดส่วนขั้วบวก เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบ LFP (lithium iron phosphate) หรือแบตเตอรี่ลิเธียมแบบ NMC (Nickel Manganese Cobalt Oxide). แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบ NMC นี้ยังสามารถแยกย่อยไปได้อีกเป็นแบบ High Nickel (องค์ประกอบของนิกเกิลมาก เช่น NMC532, NMC622, NMC721, NMC811, NCA และ NMCA) หรือ Low Nickel (NMC333) ขึ้นอยู่กับปริมาณและสัดส่วนขององค์ประกอบของธาตุนิกเกิล แมงกานีส และโคบอลต์. ปัจจุบันรถยนต์นั่งไฟฟ้าส่วนใหญ่ในตลาดจะใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบ NMC ประเภท High Nickel เป็นหลัก และรองลงมาคือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบ LFP ดังแสดงในภาพที่ 2
ภาพที่ 2: สัดส่วนของแบตเตอรี่ ประเภทต่างๆ ในยานยนต์ไฟฟ้า ประเภท light duty vehicle ดัดแปลงข้อมูลจาก (1)
Figure 2: Proportion of different types of batteries in light duty electric vehicles, modified from (1)
ในการผลิตแบตเตอรี่ประเภทลิเธียมไอออนสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า เซลล์ถือเป็นองค์ประกอบที่มีมูลค่าสูงสุดของแบตเตอรี่ คือมีมูลค่าสูงถึง 70.2% ของราคาแพ็กแบตเตอรีทั้งหมด. ส่วนที่เหลือคือระบบจัดการแบตเตอรี่ 8.4% ระบบจัดการความร้อน 8.4% ชิ้นส่วนด้านความปลอดภัย 4.3% ชิ้นส่วนอุปกรณ์เชื่อมต่อทางไฟฟ้า 4.6% ตัวกล่องแพ็ก 4.0% และการประกอบ 4.7%. ภายในเซลล์เองนั้นองค์ประกอบที่มีมูลค่าสูงสุดคือวัสดุขั้วอิเล็กโทรดในส่วนของขั้วบวก หรือแคโทด โดยมีมูลค่ากว่า 30% ของวัสดุภายในเซลล์
ภาพที่ 3: ราคาแพ็กแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภท LFP และ NMC662 (high nickel) เปรียบเทียบเดือน มี.ค. 2564 และ มี.ค. 2565 ข้อมูลตัดแปลงจาก (4)
Figure 3: Comparative price of LFP and NMC662 (high nickel) lithium-ion battery packs in March 2021 and March 2022, information adapted from (4)
จากภาวะด้านอุปสงค์ของวัตถุดิบสำหรับการผลิตแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว นำมาสู่ภาวะอุปทานการผลิตแบตเตอรี่และชิ้นส่วนขยายตัวไม่ทันอุปสงค์. รวมถึงภาวะสงครามระหว่างรัสเซียและยูเครน ได้ทำให้เกิดการขาดแคลน. ส่งผลให้ราคาของวัตถุดิบในการผลิตแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างมาก โดยเฉพาะวัตถุดิบที่มีแหล่งการผลิตจำกัด เช่น โคบอลต์และนิกเกิล ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่สำคัญของขั้วอิเล็กโทรดในส่วนของขั้วบวก ส่งผลให้ราคาของแพ็กแบตเตอรี่สูงขึ้นมากกว่าเท่าตัว (ภาพที่ 3). จากข้อจำกัดด้านแหล่งผลิตก่อให้เกิดความกังวลด้านความสามารถในการได้มาซึ่งวัตถุดิบสำหรับการผลิตแบตเตอรี่. ปัจจุบันประเทศจีนเป็นประเทศที่ครองแชมป์ด้านการผลิตในชิ้นส่วนต่างๆ ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ตั้งแต่วัตถุดิบจากการทำเหมือง (mining) การผลิตวัสดุขั้ว (material processing) การผลิตชิ้นส่วนองค์ประกอบเซลล์แบตเตอรี่ (cell component) การผลิตเซลล์แบตเตอรี่ (battery cell production) และยังเป็นผู้ผลิตผลิตภัณฑ์สุดท้ายก่อนถึงมือผู้บริโภคคือยานยนต์ไฟฟ้า (EV producer) อีกด้วย (ภาพที่ 4). หลายประเทศทั่วโลกจึงมีนโยบายในการมองหาแหล่งวัตถุดิบต่างๆ เพื่อมาผลิตเป็นแบตเตอรี่ ผ่านการดำเนินการหลักด้านการสร้างความร่วมมือในลักษณะภาคีระหว่างประเทศ การสร้างโรงงานผลิตวัสดุและเซลล์เองภายในประเทศ การลงทุนวิจัยพัฒนาเพื่อใช้วัสดุที่หาง่ายราคาถูก การมีข้อกำหนดด้านคุณภาพการผลิตเซลล์สำหรับการใช้วัสดุที่มีจำกัด เช่น การกำหนดข้อบังคับให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ในยานยนต์ไฟฟ้าต้องไม่ต่ำกว่า 100,000 กม. หรือ 5 ปี (UN GTR No. 22 on In-Vehicle Battery Durability for Electrified Vehicles) และการลงทุนค้นหาแหล่งแร่ธาตุใหม่ และเพื่อนำวัสดุแบตเตอรี่ที่หมดอายุแล้วนำกลับมารีไซเคิล. ในประเทศไทยเอง ก็คงต้องมองเรื่องนโยบายด้านการจัดการด้านการส่งเสริมให้เกิดห่วงโซ่คุณค่าของการผลิตแบตเตอรี่ที่ครบวงจรและสมบูรณ์ขึ้น หากประเทศไทยยังมีคงเป้าหมายการเป็นศูนย์กลางการผลิตยานยนต์ในทศวรรษต่อไป
ภาพที่ 4: สัดส่วนการผลิตในห่วงโซ่คุณค่าของแบตเตอรี่สำหรับยานยนต์ไฟฟ้าแบ่งตามประเทศผู้ผลิต (1)
Figure 4: Proportion of production in the value chain of batteries for electric vehicles by countries of manufacture (1)
As a result of the “Net Zero Emissions” policy, the increase in electric vehicles on the road has tripled in the past three years. In 2021, demand for batteries will almost double to 340 GWh in 2021 versus 160 GWh in 2020 (1). Most current electric vehicle batteries are lithium-ion batteries, which have the highest value in various parts of electric vehicles.
There are different types of lithium-ion batteries, usually referred to by the material used for the positive electrode, such as LFP (lithium iron phosphate) or NMC ( Nickel Manganese Cobalt Oxide ) batteries. NMC lithium-ion can also be further classified as high nickel ( consists of high nickel content such as NMC532, NMC622, NMC721, NMC811, NCA and NMCA) or low nickel ( NMC333 ), depending on the amount and proportion of nickel, manganese, and cobalt. At present, most of the electric passenger cars in the market mainly use high nickel type NMC lithium-ion batteries, followed by LFP Li-ion batteries as shown in Figure 2.
In the production of lithium-ion batteries for electric vehicles, the cell is the most valuable component of the battery, which is worth up to 70.2% of the total battery pack price (the remainder is 8.4% battery management system, 8.4% thermal management system, 4.3% safety parts, 4.6% electrical connection parts, 4.0% battery pack, and 4.7% assembly (3)). The highest valued element is the electrode material in the anode or cathode segment, with over 30% of the intracellular material.
Due to rapidly increasing demand of raw materials for the battery production, the supply of batteries and parts production could not keep up with the demand. The war between Russia and Ukraine is also a cause of the shortage. As a result, the price of raw materials to produce batteries has increased dramatically, especially raw materials with limited production sources such as cobalt and nickel. These are important raw materials for the electrode in the anode section, causing the price of battery packs to double. (Figure 3) Source restrictions have raised concerns over the availability of raw materials for battery production.
China is now the leading country in the production of lithium-ion battery components ranging from mining, material processing, cell components, battery cell production. It also produces the final product before reaching consumers, namely electric vehicles. (Figure 4) Many countries around the world therefore have a policy to look for alternative sources of raw materials to produce batteries through cooperation in the form of international partnerships, construction of a domestic production plant for materials and cells, Investment in research and development to use cheap and easy-to-find materials, determining cell manufacturing quality requirements for the use of limited materials such as mandating that the battery life of electric vehicles must not be less than 100,000 km or 5 years (UN GTR No. 22 on In-Vehicle Battery Durability for Electrified Vehicles) (5) and investing in finding new mineral sources and recycling of expired battery materials. In Thailand, it is necessary to look at management policies to promote a more complete battery production value chain if it still aims to become an automotive manufacturing hub in the next decade.
Endnotes:
- IEA, “Global Supply Chain for EV Batteries,” July 2022
- A. Konig, L. Nicoletti, D. Schroder, S. Wolff, A. Wacław, and M. Lienkamp, “An Overview of Parameter and Cost for Battery Electric Vehicles,” World Electr. Veh. J. 2021, 12(1), 21, http://doi.org/10.3390/wevj12010021
- Yole Developpement, Li-ion Battery Packs for Automotive and Stationary Applications 2020 Report
- S&P Global Commodity Insights (2022, May 12) “Is LFP Still the Cheaper Battery Chemistry After Record Lithium Price Surge?”, accessed on 20 December 2022, https://www.spglobal.com/commodityinsights/en/market-insights/blogs/metals/051122-battery-metals-lithium-cobalt-nickel-prices
- UNECE (2022, April 19), accessed on 20 December 2022, https://unece.org/transport/documents/2022/04/standards/un-gtr-no22-vehicle-battery-durability-electrified-vehicles
