歐洲2030電池路線圖雄心勃勃 構成了整個歐盟電池制造價值鏈

摘要

日前，EUROBAT（歐洲汽車和工業(yè)電池制造商協(xié)會）發(fā)布《2030電池創(chuàng)新路線圖》，對整個動力電池市場及細分領域做出了預期，包括對相關技術的分析和評價。

特殊年份的中歐建交45周年，歷經(jīng)7年、35輪談判，中歐投資協(xié)定終于達成共識，更顯意義非凡。

電子產(chǎn)品、機電設備、元器件皆為中歐貿(mào)易的大宗商品，更有以鋰電池為代表的中國頭部電池企業(yè)已搭車出海。中國作為動力電池，特別是鋰電池制造第一大國，隱憂與挑戰(zhàn)皆存，“盛世”表象之下，資源開發(fā)利用能力落后、技術水平不高、回收再利用體系不完善等限制了產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。歐美發(fā)達國家新一代動力電池的研發(fā)一刻未停，中國面對不小的挑戰(zhàn)。

日前，EUROBAT（歐洲汽車和工業(yè)電池制造商協(xié)會）發(fā)布《2030電池創(chuàng)新路線圖》，對整個動力電池市場及細分領域做出了預期，包括對相關技術的分析和評價。該組織是一個有50多個成員國，代表歐洲汽車和工業(yè)電池行業(yè)90%以上的行業(yè)組織。其成員包括所有四種現(xiàn)有電池技術（鉛、鋰、鎳和鈉基電池）制造商，構成了整個歐盟電池制造價值鏈。

EUROBAT的涵蓋

動力電池應用廣泛

>>汽車：電池有助于歐洲交通部門脫碳，通過啟/停電池和xEV創(chuàng)新解決方案減少二氧化碳排放；

>>穩(wěn)態(tài)能量：在并網(wǎng)和離網(wǎng)解決方案中，電池對于儲存太陽能和風力發(fā)電場的可再生固定能源必不可少，還有助于建立更穩(wěn)定、更可靠的電網(wǎng)；

>>動力物料搬運：電池非常適合為叉車和起重機等工業(yè)車輛提供動力，同時還能降低噪音和排放；

>>動力越野運輸：電池廣泛應用于鐵路、海運和空運，而廣泛部署的大能量容量的道路車輛智能充電，也有助于支持越野運輸能源系統(tǒng)。

三大電池技術與鋰共存

EUROBAT代表四種現(xiàn)有電池技術制造商：傳統(tǒng)的鉛、新貴的鋰、特需的鎳和小眾的鈉。每種電池化學都有適合于特定應用的優(yōu)點，沒有一種電池或技術能滿足全部應用要求。

四大電池化學各有優(yōu)勢

EUROBAT指出，市場分析表明，電池在支持2019年12月提出的歐洲綠色協(xié)議和到2050年向脫碳社會和氣候中性經(jīng)濟過渡方面將發(fā)揮關鍵作用。電池是公認的運輸、能源、物流、生產(chǎn)和電信領域脫碳的關鍵推動因素，有助于實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，并改善多種應用。

多年來，歐洲電池行業(yè)在電池創(chuàng)新和標準化方面一直處于領先地位，并產(chǎn)生了為多種應用量身定制的可靠產(chǎn)品和各種質(zhì)量標準。歐洲電池行業(yè)采取市場導向的做法，未來汽車、動力和固定存儲應用領域的持續(xù)創(chuàng)新將帶來需求的轉(zhuǎn)變。歐洲擁有滿足多種應用未來需求的經(jīng)驗和專知，借以不斷調(diào)整和顯著改進其產(chǎn)品，保持靈活性以滿足當前和未來市場需求。

>>鋰電池增長率將最高

2019年，汽車和工業(yè)鉛蓄電池占全球B2B電池市場的75%。CBI/Avicenne研究報告預測，到2030年，這一市場將超過2000億歐元，達到1800GWh，是2019年的三倍。鋰電池將繼續(xù)保持最高增長率，而鉛基電池也將有所增長。到2030年，鋰和鉛仍將是主流技術，占有相當大的市場份額。目前歐洲已成功部署了大量生產(chǎn)的鋰基標準電池，以服務于不同的應用。

>>每種技術都有創(chuàng)新潛力

鋰、鉛及鎳、鈉基電池都有創(chuàng)新發(fā)展?jié)摿?，歐洲準備加大創(chuàng)新投資。所有這些電池化學和技術都將是實現(xiàn)低碳未來必不可少的。沒有一種單體電池化學或技術能夠滿足終端用戶多種應用的所有需求，包括高功率和能量密度、長壽命、低成本、優(yōu)異的安全性和最小的環(huán)境影響。

EUROBAT認為，通過在電化學系統(tǒng)中使用創(chuàng)新材料和電池組件以及應用先進的電池管理系統(tǒng)，可以提高使用壽命性能和安全性。這一過程的改進將針對特定應用進行調(diào)整。

路線圖關注鋰電創(chuàng)新

《2030電池創(chuàng)新路線圖》是對EUROBAT“2019-2024年競選宣言”的補充，為關鍵電池技術的創(chuàng)新潛力提供了技術背景，以支持和指導決策。

路線圖強調(diào)了在針對電池研發(fā)進行產(chǎn)品創(chuàng)新時，獨立考慮每個應用的重要性。例如，歐盟戰(zhàn)略能源技術計劃（SET計劃）中選定的電池特性和目標主要集中在插電式HEV/EV推進用鋰電池和二次EV鋰電池的使用，研發(fā)針對這些應用的最合適技術。

路線圖將重點放在各種關鍵應用，確定需要改進的關鍵電池性能，以滿足未來應用的需求。

研發(fā)創(chuàng)新的四大領域

除了監(jiān)管之外，歐洲電池創(chuàng)新在歷史上主要是由應用發(fā)展推動的，形成了市場上各種特定電池產(chǎn)品、尺寸、技術和化學成分的共存。幾十年來，該行業(yè)通過領先的國家和國際標準服務大眾和利基市場，并在眾多應用的開發(fā)中貢獻創(chuàng)新產(chǎn)品。

路線圖選擇了四個關鍵應用領域：汽車出行、材料處理和物流、越野運輸和固定存儲。當然還有其他由創(chuàng)新驅(qū)動的關鍵市場，如軍事和醫(yī)療應用。

領域之一

汽車出行，鋰電池搶占市場

道路運輸部門的二氧化碳排放量占歐盟總排放量的20%，具有很強的脫碳潛力，電池是提高車輛（所有傳動系統(tǒng)）和道路運輸基礎設施能效的關鍵。

如今，電動汽車受到廣泛關注，而電池還有很大發(fā)展?jié)摿ΑＨ蚪y(tǒng)一的輕型車輛試驗程序（WLTC）帶來了使用真實駕駛數(shù)據(jù)來評估燃油消耗和排放的變化，汽車電池的主要挑戰(zhàn)是實現(xiàn)不同混合和電氣化程度的汽車動能，包括從啟/停到輕混、插電式混動汽車（PHEV）和純電動汽車（BEV）。

取決于應用，不同類型的電池會繼續(xù)共存。PHEV/EV可以減少本地排放和縮小內(nèi)燃機（ICE）尺寸。低壓和高壓電氣化策略對能源系統(tǒng)提出了以下不同要求。

1.輔助12V電池鉛還在

12V輔助電池還在

輔助12V電池用于汽車、ICE和各種PHEV。從微混（Micro HEV）、輕混（Medium HEV）到BEV和PHEV，電池的主要功能都是支持12V負載，保證車載網(wǎng)絡的質(zhì)量，并在緊急情況下確保安全操控。此外，啟/停功能、循環(huán)穩(wěn)定性和啟動是根據(jù)特定車輛結構定制的，盡管啟動特性在將來可能會消失。

雖然鉛蓄電池用量很大，但為滿足未來要求，鋰電池可以在這一類別中占有一席之地。兩者在性能、回收和成本方面是互補的。鋰離子電池的優(yōu)勢在于其能量和功率密度以及在環(huán)境溫度下的循環(huán)壽命。為了與鉛蓄電池競爭，鋰電池應在高成本、安全性、可回收性及極端溫度性能方面加以改進。

2.重型商用深循環(huán)鋰電有望

不空轉(zhuǎn)商用車帶來鋰電機遇

今天，許多城市卡車夜間充電或卸貨時不能空轉(zhuǎn)，歐盟一些成員國正在制定進一步立法，不允許汽車空轉(zhuǎn)超過數(shù)分鐘。立法的變化導致了新的電池要求，并開啟了一個全新的市場，特別是重型商用車（HCV）備用電池。

這些電池可以在發(fā)動機不運轉(zhuǎn)且電能需求高的情況下確保高能量供應。這需要深循環(huán)（放電深度（DOD）高于80%）性能，而現(xiàn)有的傳統(tǒng)啟動或兩用鉛蓄電池無法實現(xiàn)這一點。如今，這個新市場上只有鉛，未來鋰可能會進入。然而，鋰的溫窗和總擁有成本將是一個挑戰(zhàn)，需要加以解決。

3.EV電池挑戰(zhàn)多

磷酸鐵鋰和鎳錳鈷氧化物平分秋色

IEA 2019年全球電動汽車報告顯示，目前全球電動汽車市場為330萬輛，到2030年將增至2700萬輛。市場驅(qū)動因素包括政府政策補貼、日益增長的排放問題和充電基礎設施的進一步發(fā)展，如支持電網(wǎng)功能的雙向車輛到電網(wǎng)（V2G）系統(tǒng)。

整個EV電池價值鏈的重要性越來越得到歐盟委員會的認可，歐洲電池聯(lián)盟（EBA）的許多舉措及電池特性和目標被直接引入歐盟針對該應用的既定計劃中。

選擇的技術是鎳錳鈷氧化物（NMC）和磷酸鐵鋰（LFP）鋰離子電池。鉛技術不適用于PHEV/EV推進，但仍有助于保持車載網(wǎng)絡質(zhì)量和確保主電池的安全功能。

相比ICE動力，鋰動力電池的挑戰(zhàn)仍然是高成本和有限的里程。此外，更快的充電速度和安全性，仍然是創(chuàng)新的關鍵性能指標。為了應對這些挑戰(zhàn)，業(yè)界正在尋找提高體積和重量密度及保持電池安全性的材料。NMC和固態(tài)技術是這方面的目標。鋰電池回收率目前為50%，預計到2030年將取得進展，使其在經(jīng)濟上更具可行性。

領域之二

物料處理和物流應用，鋰電更顯靈活

1.物料搬運鋰電剛剛開始

鋰電池優(yōu)勢在于多班作業(yè)

物流是供應鏈管理的重要組成部分。不同車輛和各種叉車類型有不同的應用特點。其中既包括訂單分揀機、前伸式電動叉車、載人托盤車、窄通道叉車、大容量叉車和側(cè)向裝卸機，也包括自動引導車輛（AGV）和先進機器人叉車。

EUROBAT估計，用于物料搬運的牽引和半牽引電池是一個較老的市場，其中鉛蓄電池約占90%市場份額，鋰剛剛進入。全球電池叉車市場的額定功率為32GWh，年增長率約為8%。在噪音和排放法規(guī)推動下，電池叉車正在穩(wěn)步取代ICE叉車，預計到2030年市場將達73GWh。

CBI/Avicenne研究報告稱，2030年，鋰電池的份額將增長到15-30%。鉛的優(yōu)點是在一班制或現(xiàn)場使用換電基礎設施時，有足夠的充電時間。而在小型叉車市場，鋰在多班作業(yè)中具有優(yōu)勢，這些作業(yè)對能源的要求更高，且電池充電時間有限。這是因為鋰受充電時機的影響較小，因此為24/7使用的機器提供了額外優(yōu)勢。鎳基電池在市場中所占份額較小，但在極端溫度條件下（如冷庫）也可發(fā)揮重要作用。

2.自動導向車需要高負載

承受高負載是關鍵

自動導向車輛（AGV）被稱為“工業(yè)貨車”，是現(xiàn)代生產(chǎn)線和裝配線與傳統(tǒng)運輸工具之間的一個平滑連接。堅固的鎳基技術鎳鎘（NiCd）具有廣泛的工作溫度范圍（-40℃至60℃），傳統(tǒng)上一直是極端環(huán)境下AGV應用的選擇，盡管鉛基電池在當今AGV市場上占有最大份額。

具有高能量和功率密度的鋰電池已進入該市場，為AGV提供動力，因為電池室受限，且重載會產(chǎn)生較高的電流，因此鋰電池需要增加體積能量密度和循環(huán)能力，這是創(chuàng)新的關鍵。

領域之三

越野運輸

由于現(xiàn)有和/或新興市場在眾多應用中的增長，出行電氣化也對越野電池市場產(chǎn)生了積極影響。越野市場非常多樣化，除鐵路、海運和空運外，還包括農(nóng)業(yè)、清潔機械、休閑車和高爾夫球車等。

1.鐵路電池鋰電增長最快

鎳基電池是主流技術

就二氧化碳排放和安全而言，鐵路基礎設施是歐洲最有效的運輸方式。這有賴于更高性能電池的開發(fā)，以支持車輛和基礎設施的創(chuàng)新，從而進一步提高系統(tǒng)的性能和能效。

EUROBAT估計，鐵路電池市場有很高增長潛力，預計到2025年，鋰離子、鎳鎘和鉛蓄電池的年增長率分別為25%、5%和4%。

電池系統(tǒng)的新應用是鐵路電力牽引的混合化和電氣化，主要用于通勤列車和地鐵列車。鋰電池尤其能滿足此類應用所需的高能量、功率密度和循環(huán)特性，由于免維護和壽命更長等優(yōu)點，鋰電池有望成為增長最快的市場。

對于輔助功能電池及高速列車和地鐵列車中的燈和風扇，鎳基化學是首選技術。在這一領域，對電池的需求不斷增長，特別是亞洲市場的推動。由于車載單元的趨勢是更小占地面積、重量限制和恒定的可靠性，未來對儲能系統(tǒng)的要求主要包括體積能量密度、壽命和工作溫度范圍的改進。

2.船只電氣化推高鋰電用量

船用鋰電池機會多

海洋部門是歐洲和全球二氧化碳排放和污染的主要貢獻者。電池是推動海洋和內(nèi)陸水域船隊轉(zhuǎn)型的助推器。

目前迫切需要對所有形式的船只進行電氣化，這對鋰電池來說是一個機會。由于具有較高的能量密度和循環(huán)壽命，鋰電池非常適合推進需求，而鉛蓄電池則更適合船載輔助服務，以保證安全保障功能和柴油機啟動。

對于大型船舶和渡輪，動力系統(tǒng)有不同程度的混合。一些長途游輪搭載熱機，通過發(fā)電機給電池充電，為電力推進發(fā)動機提供動力，并在長時間滿功率運行時減少油耗和排放，同時也可以在短時間內(nèi)以純電動模式運行，例如進入海港時。電池也可以用來回饋過大的負載（調(diào)峰）。

對于小型船舶推進，其他混合電力系統(tǒng)正在發(fā)展，包括太陽能和風能的集成。此外，還開發(fā)了全電動插入式結構，并在港口建立了充電基礎設施，船上電池系統(tǒng)一旦充滿電，就可以讓船舶在使用過程中不產(chǎn)生任何燃油消耗或排放。標準化是降低成本和滿足船載系統(tǒng)高安全性要求的挑戰(zhàn)。

對于使用48V推進電池的小型船只，為了增加推進功率和航程，創(chuàng)新的潛力在于重量/體積能量密度。

領域之四

固定儲能鋰電一爭高下

歐洲電力系統(tǒng)正在經(jīng)歷重大變革，需要更大的靈活性和互聯(lián)性，以優(yōu)化能源資源。應用的成熟程度各不相同，從早期的示范到非常成熟的部署電池儲能，都有可能對歐洲的脫碳目標、能源安全和自主做出有效貢獻。電池的優(yōu)點是可以根據(jù)特定功能進行定制，并且可以快速安裝到現(xiàn)場。創(chuàng)新將側(cè)重于長壽命、總擁有成本、可靠性、安全性和轉(zhuǎn)換效率。

由于多樣性，所有電池技術在電網(wǎng)的各個層面都有著重要作用：從發(fā)電和輸電到配電和家庭，電池將提供重要的服務，如可再生能源的整合和穩(wěn)定電網(wǎng)。電池可以為氣候友好、安全可靠的能源供應系統(tǒng)提供靈活性，實現(xiàn)系統(tǒng)的分散和高比例可再生能源的集成，并支持大量電動汽車充電基礎設施。儲能系統(tǒng)也是領域耦合（Sector coupling）路徑的核心元素，并提供必要的靈活性以支持關鍵功能，例如：

?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)務不僅限于電網(wǎng)功能，還服務于糟糕的和離網(wǎng)的能源系統(tǒng)。歐洲電池行業(yè)在這些市場中占據(jù)很強地位，這些市場是全球性的，并在逐年增長。主要固定電池應用是不間斷電源（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)。

固定儲能細分：儲能系統(tǒng)（ESS）服務的20個細分市場

1.UPS電池鋰電開啟

鋰電池開始蠶食市場

UPS是一個較老的市場，全球市場總量將從15GWh增長到24GWh，年增長率為4%。這一增長是由于大數(shù)據(jù)使用的增加以及對新數(shù)據(jù)存儲中心的相關需求。同期，鋰的市場滲透率將達到7-18%。另一個推動因素將是新興經(jīng)濟體的增長，它們需要大量的UPS容量，而歐洲是領先的電池供應商。

UPS電池是連接在一起形成不間斷電源的備用電池單元或電池組。如果主電源發(fā)生故障，UPS電池可為系統(tǒng)提供瞬時電源。電池電壓取決于UPS的大小，UPS保護涵蓋單臺計算機到數(shù)據(jù)中心或建筑物。

此應用的關鍵性能指標是能量和功率密度、系統(tǒng)成本、充電可接受性、能量吞吐量、工作溫度范圍和減少冷卻。由于臨界負荷的進一步帶電，需要電池提供更多的輸出，因此需要提高功率密度。這對鉛和鋰技術都有影響。UPS備用應用預計將其使用范圍擴展到UPS之外，以產(chǎn)生更多的價值，例如UPS和調(diào)峰以及UPS作為備用電源（UPSaaR）。多功能UPS的另一個關鍵性能指標是能量吞吐能力。

另一個發(fā)展是在網(wǎng)絡中連接較小的UPS電池，以形成較大的UPS系統(tǒng)，甚至形成虛擬發(fā)電廠（VPP）。5G和人工智能的發(fā)展將實現(xiàn)分布式能源生產(chǎn)、儲存和消費。VPP可以包括來自數(shù)據(jù)中心和基站收發(fā)臺的傳統(tǒng)商業(yè)和工業(yè)UPS電池，也可以包括來自電動汽車、叉車、公用電網(wǎng)規(guī)模和電表后端電池。

由于這些創(chuàng)新，需要研究UPS電池的充電接受能力及其對快速充電產(chǎn)生的更高溫度的魯棒性。延長使用時間還需要大幅提升能量吞吐能力；成本也是一個關鍵因素。

2.電信電池鋰電增速

電信電池需要高吞吐能力

目前，全球電信電池市場總?cè)萘繛?7GWh，到2030年可能增至25GWh。鋰市場份額將達9-23%，也可能更高，取決于電池的原材料成本。這意味著未來十年鉛市場將保持穩(wěn)定，鋰將吸收市場份額。

電信電池是指當主電源不可用或不足時，以48V直流（DC）儲能系統(tǒng)的電池或電池組為信息和通信技術或電信站點供電。此應用的關鍵性能指標是能量和功率密度、系統(tǒng)成本、能量吞吐量、充電接受能力、工作溫度范圍和回收。與UPS不同的是，電信電池僅用于電信應用。一個重要驅(qū)動因素是對提高能量吞吐能力的需求，特別是5G網(wǎng)絡的推出。

3.電表后端儲能鋰電主導

鋰具有空間優(yōu)勢

住宅和商業(yè)領域的二氧化碳排放量占歐盟總排放量的12%。預計到2022年，年電池新增容量將超過4GWh，這不僅是由于售出設備數(shù)量增加，還由于對更大存儲系統(tǒng)的需求增加，包括自耗增加。使用不同電化學方法可以為住宅脫碳提供整體效益，而電池是實現(xiàn)這一目標的關鍵。

在住宅和商業(yè)建筑中，用于儲存電表后端可再生能源的固定電池還可以發(fā)揮其他作用，如調(diào)峰或UPS。其首要任務是在電力成本高或可再生能源產(chǎn)量低的情況下提供負載。另一個功能是，電池可作為EV家庭（快速）充電站的雙電池。

鋰和鉛都可以在這個市場上競爭。目前鋰占主導地位，在空間方面具有優(yōu)勢，但室內(nèi)儲存要求的安全性有待進一步提高，這就需要轉(zhuǎn)向固態(tài)技術。要使鋰到2030年在經(jīng)濟上更加可行，還有待回收方面的進展。

4.電網(wǎng)規(guī)模儲能靈活性優(yōu)先

現(xiàn)場安裝和擴展很重要

公用電網(wǎng)規(guī)模儲能是電池與其他儲能技術（如水力發(fā)電和燃料電池）競爭的市場，電池有相當大的優(yōu)勢，因為它很容易在現(xiàn)場安裝，并可根據(jù)電源和容量需求進行擴展。電池市場前景看好，預計到2025年，該領域全球電池市場將達到60GWh，銷售額將超過100億歐元。

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)進行補償，以避免頻率不穩(wěn)定，并補償發(fā)電量和負荷波動引起的偏差。電池還為電網(wǎng)提供備用容量，承擔傳統(tǒng)發(fā)電廠的運轉(zhuǎn)備用功能。在完全斷電（黑啟動）后重啟還需要電池儲能，或向集成了可再生能源的島嶼電網(wǎng)供電。由于其響應時間短（毫秒范圍），電池存儲系統(tǒng)適合提供低至分鐘的能量控制。如今，通過集中分散的電池存儲提供控制電源已經(jīng)相當經(jīng)濟。而創(chuàng)建和使用本地靈活性來支持網(wǎng)絡是優(yōu)化配電網(wǎng)容量使用的關鍵。

公平競爭最重要

EUROBAT強調(diào)，歐洲必須為所有電池技術保持一個公平的競爭環(huán)境，因為到2050年，每一項互補技術都將是將歐盟轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€公平和繁榮社會所必需的，這個社會將成為一個現(xiàn)代、資源高效和有競爭力的經(jīng)濟體，實現(xiàn)凈零排放。歐洲不能逐步淘汰一種電池技術，轉(zhuǎn)而采用另一種電池技術，因為所有技術都有助于實現(xiàn)歐盟的脫碳目標。

責任編輯：xj

原文標題：歐洲2030電池路線圖雄心勃勃 鋰電戰(zhàn)略不容小覷

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