歐洲電池行業(yè)一直熱衷于將一些改進(jìn)技術(shù)從實驗室推向市場，滿足新的需求和要求。歐洲主流電池技術(shù)包括鉛、鋰和鎳基電池；鈉技術(shù)也有改進(jìn)的潛力，研發(fā)重點是通過設(shè)計改進(jìn)提高充電能力和延長循環(huán)壽命。

文︱立厷

歷經(jīng)7年、35輪談判的中歐投資協(xié)定終于在中歐建交45周年之際達(dá)成共識。我國的電子產(chǎn)品、機(jī)電設(shè)備、元器件等大宗商品將繼續(xù)供給歐盟各國，以鋰離子電池為代表的我國電池公司也已搭車出海。

盡管歐洲擁有世界上最強大的汽車品牌，但是在新能源特別是動力鋰離子電池方面歐洲已明顯落后于亞洲，為此，在政府和產(chǎn)業(yè)界的支持下，歐洲正在奮起直追。

我們來看看EUROBAT（歐洲汽車和工業(yè)電池制造商協(xié)會）最近公布的《2030電池創(chuàng)新路線圖》對動力鋰離子電池技術(shù)、市場及細(xì)分領(lǐng)域做出了什么評價和預(yù)期。

公平競爭謀發(fā)展

在歐盟，盡管推動電動汽車的鋰離子電池制造對滿足未來需求至關(guān)重要，但歐洲電池聯(lián)盟（EuropeanBatteryAlliance）認(rèn)為，歐盟的電池行動計劃不應(yīng)僅限于一項技術(shù)和應(yīng)用，因為多種電池技術(shù)將有助于實現(xiàn)綠色協(xié)議的零排放目標(biāo)。

其他應(yīng)用領(lǐng)域和歐盟蓄電池制造業(yè)的情況完全不同，已有成熟的制造商和供應(yīng)鏈，在眾多當(dāng)前和新興市場中擁有領(lǐng)先地位。與此同時，某些技術(shù)已經(jīng)處于非常先進(jìn)的發(fā)展階段。一些國家的回收過程尚未達(dá)到工業(yè)規(guī)模，要得到支持才能改善。所有電池技術(shù)必須研發(fā)未來和創(chuàng)新的解決方法，特別是蓄電池。

為歐洲電池行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，EUROBAT建議采用平衡的立法方法，支持所有技術(shù)，不讓一種技術(shù)優(yōu)先于另一種技術(shù)。未來的歐盟研發(fā)公共資金活動應(yīng)針對不同應(yīng)用研究，在不同的技術(shù)之間平等分配。

EUROBAT的涵蓋范圍

如今，電池技術(shù)在不同細(xì)分市場仍處于競爭或互補狀態(tài)，假如為所有技術(shù)敞開大門，使其市場創(chuàng)新最大化，將實現(xiàn)綠色協(xié)議目標(biāo)，使歐洲從中受益。

EUROBAT是ETIP“電池歐洲”WG2（“原材料和回收”）的成員，也是“電池2030+”計劃的支持性合作伙伴，旨在跟進(jìn)功能需求，實現(xiàn)歐盟的零排放目標(biāo)。

EUROBAT的表明，每種技術(shù)都有各自的特點和巨大的發(fā)展?jié)摿?，這將有助于在2050年之前實現(xiàn)歐洲的氣候中立。

四大技術(shù)求創(chuàng)新

市場驅(qū)動的研發(fā)出現(xiàn)了各種各樣的商用鉛、鎳、鋰和鈉基電池產(chǎn)品，這幾十年來不斷改進(jìn)的結(jié)果，滿足了應(yīng)用特定及其不斷上升的需求。

歐洲電池行業(yè)一直熱衷于將一些改進(jìn)技術(shù)從實驗室推向市場，滿足新的需求和要求。目前，歐洲電池行業(yè)在以鉛基汽車和動力市場保持領(lǐng)先地位，固定業(yè)務(wù)中領(lǐng)先程度不大。

歐洲主流電池技術(shù)包括鉛、鋰和鎳基電池；鈉技術(shù)也有改進(jìn)的潛力，研發(fā)重點是通過設(shè)計改進(jìn)提高充電能力和延長循環(huán)壽命。不過，這類技術(shù)涵蓋范圍較小，不做詳細(xì)評價。

歐洲四大電池技術(shù)

鉛基技術(shù)改進(jìn)推動環(huán)a保

100多年來，蓄電池一直是工業(yè)和汽車市場的重要儲能裝置。蓄電池有不同設(shè)計可供選擇，一個重要選擇是富液式或排氣式，要維護(hù)；另一個是免維護(hù)閥控（VRLA）電池。它們可以連接大型電池裝置，而無需復(fù)雜的管理系統(tǒng)，與其他技術(shù)相比，每千瓦時安裝成本和發(fā)電量成本較低。

蓄電池在功能性、耐用性和成本方面的創(chuàng)新常被忽視。最近主流的吸收式玻璃纖維氈（AGM）電池、增強型富液式電池（EFB）、電池監(jiān)測傳感器和電池管理系統(tǒng)（BMS）的促進(jìn)了鉛基技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)。

為了與新的電化學(xué)存儲技術(shù)競爭，要加快創(chuàng)新步伐，包括在不妥協(xié)的高溫耐久性下更好地接受動態(tài)電荷，或提高循環(huán)壽命來提高能量和功率密度；通過開發(fā)新的先進(jìn)添加劑來降低內(nèi)阻來提高比功率，或通過設(shè)計改進(jìn)耐腐蝕鉛合金來延長循環(huán)壽命；還可以開發(fā)更智能的電池操作模式。

除了對電解液、所用材料和組件的基礎(chǔ)研究，還可以采用創(chuàng)新材料，如合成膨脹劑、納米碳材料、新合金成分、改進(jìn)的薄板純鉛（TPPL）和雙極電池設(shè)計等組件，以進(jìn)一步滿足未來多種應(yīng)用的需求。

蓄電池在各種強化技術(shù)方面的進(jìn)一步發(fā)展將有助于實現(xiàn)歐洲綠色協(xié)議中的零排放目標(biāo)，特別是滿足兩個關(guān)鍵領(lǐng)域的新市場需求：

汽車啟/停和微混動力鋰離子電池關(guān)鍵性能指標(biāo)及中期目標(biāo)

工業(yè)固定式儲能電池關(guān)鍵性能指標(biāo)及中期目標(biāo)

蓄電池循環(huán)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)是，到2030年，蓄電池的回收利用目標(biāo)將保持在很高的水平，效率將達(dá)到90%以上，活性材料的回收利用率將達(dá)到99%，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，使整個價值鏈?zhǔn)芤妗?/p>

鋰基技術(shù)材料創(chuàng)新

鋰離子（Li-ion）是汽車和工業(yè)應(yīng)用的領(lǐng)先技術(shù)，到2030年仍將如此，目前已成為不同應(yīng)用批量生產(chǎn)和部署的標(biāo)準(zhǔn)電池。對更高能量密度的重要要求是實現(xiàn)更長行駛里程，這與電子交通直接相關(guān)。

2030年發(fā)展路線圖重要考慮基于改性鎳鈷錳氧化物（NMC）材料的鋰基技術(shù)，從NMC111到NMC811，使鎳含量新增，鈷含量降低，還有碳/硅復(fù)合材料的高電容負(fù)極材料的應(yīng)用。固態(tài)技術(shù)也將有針對性地提高能量密度和安全性。

鋰離子技術(shù)包括的負(fù)極和正極材料組合

2030年進(jìn)一步開發(fā)的幾代鋰材料包括鋰離子、富鎳NMC正極和負(fù)極新材料（如Si/C復(fù)合材料）：

2a代：NMC111/100%C

2b代：NMC523-622/100%C

3a代：NMC622/C+Si（5-10%）

3b代：NMC811/Si/C復(fù)合材料

由于正負(fù)極材料可能組合的多樣性，由此出現(xiàn)的鋰離子電池顯示出適合不同應(yīng)用的特定和個體性能特點。從材料研究、工藝、生產(chǎn)、開發(fā)、回收利用、安全和運輸?shù)确矫鎭砜矗l(fā)展適合工業(yè)和汽車應(yīng)用的鋰離子技術(shù)仍然是一個挑戰(zhàn)。

鋰離子、富鎳NMC電極新材料發(fā)展路線圖

正極材料的要求包括：高比能（mAh/g）、安全、穩(wěn)定性（循環(huán)和日歷壽命）、高壓、低極化、價格低廉、稀有材料含量低（如鈷）、生產(chǎn)時二氧化碳排放量低、對環(huán)境和道德無害、易于處理、可用性好、高功率能力。

經(jīng)濟(jì)和環(huán)境要求包括：價格低廉、稀有材料含量低（如鈷）、易于處理、可用性好、環(huán)境安全和道德、操作安全、生產(chǎn)過程中二氧化碳排放量低。

面對的挑戰(zhàn)包括：生產(chǎn)工藝、回收過程和運輸安全。

鋰離子電池的循環(huán)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)在于，其回收目標(biāo)將維持在目前50%的水平，而到2030年，活性材料回收率預(yù)計將從65%提高到85%，未來將回收鎳、鈷和鋰，使其在商業(yè)上完全可行。

鎳基技術(shù)

鎳基電池是在極端氣候、循環(huán)或快速充電條件下應(yīng)用的首選技術(shù)。不同的設(shè)計可供選擇：軟包、燒結(jié)、塑料粘合、鎳泡沫和纖維電極。電池為棱柱形或螺旋卷繞式、富液式（或“排氣式”）或閥控式，后者也無需維護(hù)。

由于幾十年來在最極端的操作條件下的安全使用和不斷發(fā)展，鎳鎘重要用于特殊和利基應(yīng)用。通過使用創(chuàng)新材料，這項技術(shù)可以進(jìn)一步開發(fā)現(xiàn)有應(yīng)用，并作為替代解決方法，其在極端條件下的關(guān)鍵性能仍有進(jìn)一步改進(jìn)的潛力。鎳基電池是未來十年應(yīng)考慮的工業(yè)應(yīng)用電化學(xué)存儲系統(tǒng)之一。

鎳基電池循環(huán)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)是到2030年回收效率從目前的79%（活性材料為50%）提高到80-85%（活性材料為55-60%），以達(dá)到收支平衡的商業(yè)模式。

每種技術(shù)的特點和創(chuàng)新潛力

從表中可以看出EUROBAT對每種電池技術(shù)最新性能數(shù)據(jù)的評估和2030年目標(biāo)，包括每項技術(shù)的能力和創(chuàng)新潛力。

每種電池技術(shù)的性能參數(shù)和2030年目標(biāo)

從蜘蛛圖可以看到2020年各電池技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI），如重量和體積能量和功率密度、快速充電時間、能量吞吐量、日歷壽命和回收率等方面的發(fā)展?fàn)顩r和2030年的創(chuàng)新潛力。

鉛基技術(shù)KPI及2030年目標(biāo)

鎳基技術(shù)KPI及2030年目標(biāo)

鋰基技術(shù)KPI及2030年目標(biāo)

2030年每種電池技術(shù)的目標(biāo)關(guān)鍵性能指標(biāo)則展示了市場上技術(shù)互補性的延續(xù)。

2030年每種技術(shù)的KPI概覽

研發(fā)創(chuàng)新的四大應(yīng)用領(lǐng)域

路線圖選擇了四個關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域：汽車出行、材料處理和物流、越野運輸和固定存儲。

汽車出行領(lǐng)域

如今，電動汽車開始為人們接受，而汽車電池的重要挑戰(zhàn)在于實現(xiàn)不同混合和電氣化程度的汽車動能，包括啟/停、微混、插電式混動汽車（PHEV）和純電動汽車（BEV）。根據(jù)應(yīng)用的不同，各種電池會繼續(xù)共存下去。PHEV/EV有助于在減少本地排放的同時減小內(nèi)燃機(jī)尺寸。

01、12V輔助電池

用于燃油車和各種PHEV的12V輔助電池的重要功能包括：支持12V負(fù)載，保證車載網(wǎng)絡(luò)正常運行，在緊急情況下確保安全的操控。在這方面，雖然蓄電池用量很大，但鋰離子電池也可以占有一席之地。后者的優(yōu)勢在于能量和功率密度。假如鋰離子電池在高成本、安全性、可回收性及極端溫度性能方面加以改進(jìn)，就可以與蓄電池競爭。

02、重型商用深循環(huán)電池

現(xiàn)在，歐盟要求許多城市卡車在夜間充電或卸貨時不能空轉(zhuǎn)，歐盟立法的變化對電池有了新的要求，即將開啟一個新的市場，特別是重型商用車（HCV）的備用電池。這類電池可以確保在發(fā)動機(jī)不運轉(zhuǎn)且電能需求高的情況下供應(yīng)高能量。這就是所謂的深循環(huán)（放電深度（DOD）高于80%）特性。目前，傳統(tǒng)啟動或兩用蓄電池?zé)o法滿足這一要求。蓄電池可以用于這種用途；解決了溫窗和成本問題，鋰離子電池也可能進(jìn)入這個市場。

03、電動汽車電池

歐盟委員會看好整個電動汽車電池價值鏈的重要意義，重要采用的鋰離子電池技術(shù)是鎳錳鈷氧化物（NMC）和磷酸鐵鋰（LFP）。鉛技術(shù)不適合這類推進(jìn)應(yīng)用。相比燃油動力，鋰動力鋰離子電池的挑戰(zhàn)仍然是高成本和里程有限。另外，充電速度和安全性也是其創(chuàng)新的關(guān)鍵。歐盟正在尋找提高鋰離子電池體積和重量密度，同時保證安全性的材料。NMC和固態(tài)技術(shù)是研發(fā)方向。

物料處理和物流領(lǐng)域

01、物料搬運電池

物流應(yīng)用包括訂單分揀機(jī)、電動叉車、托盤車和側(cè)向裝卸機(jī)，以及自動引導(dǎo)車輛（AGV）和機(jī)器人叉車等。

用于物料搬運應(yīng)用的電池是一個傳統(tǒng)市場，EUROBAT估計，其中蓄電池約占90%市場份額，鋰離子電池剛開始進(jìn)入。全球電池叉車市場額定功率為32GWh，年上升率為8%。在噪音和排放法規(guī)的推動下，電池叉車正在取代燃油叉車，到2030年市場將達(dá)73GWh。

蓄電池適合一班制或現(xiàn)場有換電基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用，要有足夠的充電時間。鋰離子電池適合對能源要求更高且電池充電時間有限的多班作業(yè)。在極端溫度條件下（如冷庫）鎳基電池是最佳選擇。

02、自動導(dǎo)向車電池

自動導(dǎo)向車輛是現(xiàn)代生產(chǎn)線與傳統(tǒng)運輸工具之間的一個平滑連接。在-40℃至60℃工作溫度范圍，鎳鎘電池一直是最佳選擇。具有高能量和功率密度的鋰離子電池也已進(jìn)入該市場，但由于電池室受限，且重載要較大的電流，鋰離子電池要新增體積能量密度和循環(huán)能力。

越野運輸領(lǐng)域

越野市場非常多樣化，包括海運、鐵路和空運，以及農(nóng)業(yè)、清潔機(jī)械、休閑車和高爾夫球車等。

01、鐵路電池

鐵路基礎(chǔ)設(shè)施是歐洲最有效的運輸方式，更高性能電池的開發(fā)有助于支持車輛和基礎(chǔ)設(shè)施創(chuàng)新。

EUROBAT估計，鐵路電池市場上升潛力很大，到2025年，鋰離子電池、鎳鎘電池和蓄電池的年上升率分別可達(dá)25%、5%和4%。

鐵路電力牽引（包括通勤列車和地鐵列車）的混合化和電氣化的電池系統(tǒng)的新應(yīng)用。鋰離子電池尤其能滿足此類應(yīng)用所需的高能量、功率密度和循環(huán)特性。此外，由于其免維護(hù)和壽命更長等優(yōu)點，有望成為上升最快的市場。

02、船只電氣化電池

目前，歐洲正在推進(jìn)對所有形式船只的電氣化，而電池是推動海洋和內(nèi)陸水域船隊轉(zhuǎn)型的助推器，這是鋰離子電池的一個機(jī)會。鋰離子電池非常適合推進(jìn)需求，蓄電池則更適合船載輔助服務(wù)，參考安全保障功能和柴油機(jī)啟動。

大型船舶和渡輪的動力系統(tǒng)都有不同程度的混合。一些長途游輪通過熱機(jī)發(fā)電機(jī)給電池充電，為電力推進(jìn)供應(yīng)動力，以減少滿功率運行時的油耗和排放，在進(jìn)入海港時也可以純電動模式運行。

小型船舶推進(jìn)的混合電力系統(tǒng)正在發(fā)展，包括搭載太陽能和風(fēng)能動力。全電動插電式船舶利益利用港口充電基礎(chǔ)設(shè)施充電，讓船舶在使用過程中不出現(xiàn)任何燃油消耗或排放。

固定儲能領(lǐng)域

在電力系統(tǒng)的重大變革中，歐洲要更大的靈活性和互聯(lián)性，以優(yōu)化能源資源。所有電池技術(shù)在電網(wǎng)的各個層面都有著重要用途，包括發(fā)電和輸電、配電和家庭，電池將為可再生能源的整合和穩(wěn)定電網(wǎng)供應(yīng)重要服務(wù)，也可以為環(huán)保、安全可靠的能源供應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)靈活性，實現(xiàn)系統(tǒng)的分散和高比例可再生能源的集成，同時支持電動汽車充電設(shè)施。其關(guān)鍵功能包括：

穩(wěn)定中低壓電網(wǎng)的電壓

確保全球能源平衡和頻率

防止電網(wǎng)過載

平衡發(fā)電和可再生能源需求

剩余能源管理

固定式蓄電池業(yè)務(wù)包括不間斷電源（UPS）、電信，以及電表后端住宅/商業(yè)儲能和發(fā)電機(jī)組層面、輸電（TSO）和配電（DSO）系統(tǒng)運營商層面的公用電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)，歐洲在這些市場占有很強地位。

01、UPS電池

UPS是一個傳統(tǒng)市場，到2030年，全球市場將從15GWh上升到24GWh，年上升率為4%。上升是大數(shù)據(jù)使用的新增以及對新數(shù)據(jù)存儲中心的更多需求。期間，鋰離子電池市場將達(dá)到18%。

UPS應(yīng)用的關(guān)鍵性能指標(biāo)是能量、功率密度和系統(tǒng)成本，以及充電可接受性、能量吞吐量、工作溫度范圍和更少的冷卻。由于臨界負(fù)荷是帶電運行，電池必須供應(yīng)更大輸出，因此要提高功率密度。鉛和鋰技術(shù)都要滿足這一要求。UPS備用電池還可以出現(xiàn)更多價值，如UPS和調(diào)峰以及UPS作為備用電源（UPSaaR）。

此外，在網(wǎng)絡(luò)中接入較小的UPS電池，可以形成一個大型UPS系統(tǒng)，甚至是虛擬發(fā)電廠（VPP），借助5G和人工智能可以實現(xiàn)分布式能源生產(chǎn)、儲存和消費。

02、電信電池

電信電池是指當(dāng)主電源不可用或不足時，以48VDC儲能系統(tǒng)的電池或電池組為信息和通信技術(shù)或電信站點供電。目前，全球電信電池市場容量為17GWh，到2030年可望達(dá)到25GWh，鋰離子電池份額將達(dá)20%。電信電池應(yīng)用的關(guān)鍵性能指標(biāo)是能量和功率密度、系統(tǒng)成本、能量吞吐量、充電接受能力，以及工作溫度范圍和回收能力。5G網(wǎng)絡(luò)的推出將推動對高能量吞吐能力的需求。

03、電表后端儲能電池

據(jù)統(tǒng)計，住宅和商業(yè)領(lǐng)域二氧化碳排放量占?xì)W盟總排放量的12%，到2022年，這一領(lǐng)域的年電池新增容量將超過4GWh。電表后端可再生能源用固定電池可以發(fā)揮調(diào)峰或UPS的用途，在電力成本高或可再生能源產(chǎn)量低的情況下供應(yīng)負(fù)載；電池還可作為電動汽車家庭充電站使用。這個市場中，鋰離子電池占主導(dǎo)地位，雖然它有空間方面的優(yōu)勢，但室內(nèi)儲存的安全性有待進(jìn)一步提高，轉(zhuǎn)向固態(tài)技術(shù)的發(fā)展方向。

04、電網(wǎng)規(guī)模儲能電池

因為很容易在現(xiàn)場安裝，并可根據(jù)電源和容量需求進(jìn)行擴(kuò)展，電池在公用電網(wǎng)規(guī)模儲能方面有相當(dāng)大的優(yōu)勢。預(yù)計到2025年，全球該領(lǐng)域電池市場將達(dá)到60GWh。電池可以通過多種方式實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定性，快速存儲能量或以毫秒為單位輸入電網(wǎng)實現(xiàn)補償，保證頻率的穩(wěn)定，同時補償發(fā)電量和負(fù)荷波動引起的偏差。

電池可以實現(xiàn)的不同電網(wǎng)功能

電池還可以承擔(dān)傳統(tǒng)發(fā)電廠的運轉(zhuǎn)備用功能，為電網(wǎng)供應(yīng)備用容量。電池儲能還有助于完全斷電（黑啟動）后的重啟，或為集成了可再生能源的島嶼電網(wǎng)供電。電池存儲系響應(yīng)時間在毫秒范圍，更適合供應(yīng)低至分鐘的能量控制。現(xiàn)在，通過集中分散的電池存儲供應(yīng)控制電源已經(jīng)相當(dāng)經(jīng)濟(jì)，利用本地靈活性有助于優(yōu)化配電網(wǎng)容量。

我國公司的機(jī)會

我國雖為鋰離子電池制造第一大國，卻也存在隱憂與挑戰(zhàn)，包括資源開發(fā)利用能力落后、技術(shù)水平不高、回收再利用體系不完善等限制了產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。面對歐美發(fā)達(dá)國際加大相關(guān)技術(shù)投入力度，加快研發(fā)新一代動力鋰離子電池，我國切不可掉以輕心。相反，更應(yīng)發(fā)現(xiàn)端倪，抓住稍縱即逝的機(jī)會，借勢揚帆出海！