歐洲技術與創(chuàng)新平臺“電池歐洲”（Batteries Europe）日前發(fā)布了《歐洲電池行業(yè)短期研發(fā)創(chuàng)新優(yōu)先事項》報告，針對歐洲電池創(chuàng)新價值鏈提出了短期（2021-2023年）的7大優(yōu)先創(chuàng)新研發(fā)事項，旨在通過加速技術研發(fā)創(chuàng)新推動完善電池產業(yè)布局，以構建一個具有全球競爭力的歐洲電池產業(yè)，助力歐洲氣候中性經濟體目標的實現(xiàn)。7大優(yōu)先研發(fā)事項的主要內容如下：
一、電池原料可持續(xù)加工和安全供應保障
1、鋰
加大對硬巖鋰礦床礦物學知識研究，以更好地認知和加工礦物，從而實現(xiàn)從礦物中高效低成本提取鋰資源。除了強化鋰礦開采過程中副產品采集之外，還需對礦物加工處理過程中使用水和能源方式進行優(yōu)化，以最大限度地減少尾礦和脈石的產生。確保在鋰加工處理廠和礦場附近有隨時可以投入使用的可再生能源。鑒于歐洲擁有豐富的尚未利用的鋰礦資源，因此應該將鋰礦的開發(fā)加工處理作為優(yōu)先事項。
2、鎳和鈷
開發(fā)工藝更加高效、成本更低廉的從低品位礦石中提取鎳和鈷金屬元素新技術，確保提取的金屬元素純度符合電池應用的需求，從而保障歐洲鋰電池金屬元素供應安全。
3、石墨
由于歐洲大陸天然石墨資源有限，因此需要發(fā)展高品質的合成石墨技術，進而替代天然石墨，為歐洲電池產業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供最佳解決方案。
二、開發(fā)新材料增強儲能電池性能
1、用于電動汽車領域的3B[1]型鋰電池開發(fā)
歐洲開發(fā)高電壓高容量的3B型固態(tài)鋰電池（高電壓、高容量的固態(tài)鋰電池）必須要解決一系列相關挑戰(zhàn)，包括：開發(fā)高壓正極材料的同時，避免或減少高價元素（例如鈷）的使用量；另一方面，依靠先進材料的開發(fā)，包括正極、負極、粘合劑、隔膜、電解液、集流體和封裝材料，將現(xiàn)有動力鋰電池性能提升到接近理論極限水平。
2、用于電動汽車領域的4A和4B型固態(tài)鋰電池開發(fā)
針對4A型電池（基于傳統(tǒng)材料的固態(tài)鋰電池）重點研究內容包括：研制低直流電阻材料，減小負極厚度，開發(fā)出高離子電導率的低厚度固體電解質，制備出新的固體電解質中間層，優(yōu)化電極/固態(tài)電解質接觸界面以提升電荷遷移速率、電化學穩(wěn)定性。開發(fā)4B型鋰電池（基于鋰金屬全固態(tài)電池），以進一步提高電池的能量密度和安全性，使之超越現(xiàn)有電動汽車電池性能水平。
3、用于固定式儲能領域的鈉離子電池開發(fā)
歐洲將重點發(fā)展基于鈉離子電池的固定式儲能技術，從該電池正極、負極和電解質等材料的合成和表征到相關材料組裝集成，再到完整的軟包式鈉離子電池開展全方位的研究，目標是開發(fā)出比現(xiàn)有商用的固定式儲能電池性能更好、但成本更低的鈉離子電池。
4、用于固定式儲能領域的液流電池開發(fā)
重點研究內容包括：開發(fā)材料（如氧化還原電對、電解質等）和新電池架構，并驗證基于新材料新架構的新型氧化還原液流電池性能和經濟性，以確保在獲得更高的能量密度、功率密度和壽命情況下，具備更低廉的價格和良好的環(huán)保性。
三、將歐洲打造成全球電池制造業(yè)的領導者
1、具有環(huán)境效益和成本效益的電極和電池單元組件制造
重點研究方向包括：具有環(huán)境效益的電極和電池單元組件制造技術，如完全不使用有機溶劑作為漿料分散介質的電極涂布技術、先進的高固含量涂層、完全干法涂層技術等，以降低生產成本，提升電池性能和使用壽命。
2、電極和電池智能生產設備
重點研究內容包括：將智能質量控制系統(tǒng)集成到生產設備、電池性能退化機制模型開發(fā)、大數(shù)據驅動的性能測試工具開發(fā)、電池生產過程的虛擬模擬技術等。
3、集成數(shù)字孿生技術的電池制造生產線
重點研究內容包括：開發(fā)靈活的制造流程和高精度建模工具，以優(yōu)化工藝、條件和機器參數(shù)；在電池制造過程中開發(fā)和驗證多重物理量和多尺度模型，能夠更加準確了解制造過程的每個步驟；開發(fā)基于物理建模和AI技術的電池數(shù)字化模型，將電池設計和制造設計集成在一起。
4、電池制造工廠價值鏈整合
歐洲需要全面整合電池工廠價值鏈，即構建一個深度協(xié)同合作網絡，將歐洲地區(qū)工業(yè)規(guī)模的電池制造商、電池加工設備公司、原材料和其他相關工業(yè)部門進行全面整合，打造歐洲本土化的電池制造業(yè)，以抗衡亞洲電池制造商。
四、交通動力電池儲能技術
1、電池模塊和電池組的設計和制造
歐洲需要重新定義一種電池模塊和電池組創(chuàng)新設計以及相關的制造工藝，以減少開發(fā)時間和成本并提高性能，同時還要考慮其環(huán)境可持續(xù)性，如可回收性和碳足跡。
2、電池熱管理技術
由于過高或過低的溫度都將直接影響動力電池的使用壽命和性能，并有可能導致電池系統(tǒng)的安全問題，為此歐洲必須發(fā)展先進的電池熱管理技術，提高電池系統(tǒng)的效率、可靠性、使用壽命和安全性。
3、發(fā)展先進的電池管理技術優(yōu)化電池利用率
歐洲需要開發(fā)更先進的電池管理技術提升電池利用率，重點研究任務是開發(fā)基于知識和數(shù)據的電池管理系統(tǒng)，以降低電池系統(tǒng)的總成本，確保在所有操作模式下能夠安全高效的使用。
4、開發(fā)用于電池模塊和電池組開發(fā)、制造和電池管理的數(shù)字孿生技術
歐洲需要在電池的開發(fā)和生產過程中引入數(shù)字孿生技術，實現(xiàn)對電池開發(fā)、系統(tǒng)設計和制造全流程的高精度模擬，加快研發(fā)過程，并提高電池模塊和電池組的性能，降低成本。
5、電池安全性、性能、可靠性和使用壽命的評估方法和工具
歐洲需要應用各種技術，如物理特征表征技術、計算機模擬、現(xiàn)場測試或這些技術的組合，來開發(fā)新的評估方法和工具，大幅降低電池評估的成本（至少降低20%-30%）和所需時間（至少減少20%-0%）。
五、支持固定式儲能和電動汽車用儲能設施部署
1、固定式電力儲能系統(tǒng)的安全性
歐洲需要加強電池制造、應用和防護等環(huán)節(jié)的電力儲能系統(tǒng)安全性研究：一是電池生產制造環(huán)節(jié)的安全，包括電池材料和生產工藝控制；二是電池應用環(huán)節(jié)的安全，包括預警、防護和消防等。三是配套設施的安全設計，包括電站隔熱和導熱設計等方面。
2、開放式電池管理系統(tǒng)
歐洲需要開發(fā)電池管理系統(tǒng)對電池及其單元進行智能化管理，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的健康狀態(tài)。此外，確保電池管理系統(tǒng)的開放性，即第三方必須有權訪問所有必要的電池系統(tǒng)信息、電池狀態(tài)、操作模式和互操作性條件；從而實現(xiàn)利用上述信息來開發(fā)延長電池壽命的解決方案，并演示診斷和預測電池系統(tǒng)壽命健康狀態(tài)的方法。
3、固定式電池儲能系統(tǒng)的互操作性
互操作性和多服務模式運行是電池儲能系統(tǒng)優(yōu)于其他競爭性儲能技術的關鍵支柱，這對靈活使用電動汽車也很重要（電動汽車既可以作為用電終端，也可以作為供電設備）。歐洲需要將互操作性與合適的電池運行標準、業(yè)務模型和技術解決方案相結合，成為電力儲能系統(tǒng)、混合儲能系統(tǒng)和電動汽車開發(fā)的一部分，以實現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)在上述不同應用場景下服務模式的靈活切換。
4、長時電池儲能系統(tǒng)
依據《綠色協(xié)議》，歐洲到2050年要實現(xiàn)零排放能源系統(tǒng)目標，波動性太陽能和風能在歐洲能源結構中占比將顯著增加，使得高比例集成低碳能源資源的電網穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)，為此歐洲亟需開發(fā)長時（儲能時長10個小時以上）電池儲能系統(tǒng)來解決。
5、儲能與直流微電網
直流微電網中直流微電源輸出不穩(wěn)定會造成網內功率不平衡及直流母線電壓大范圍波動問題，可以通過部署配套的儲能系統(tǒng)給予解決。歐洲需要開展基于儲能的直流微電網能量管理和電壓控制研究、直流微電網儲能系統(tǒng)自動充放電改進控制策略研究等。
6、用于固定式儲能的退役電動汽車電池的建模和標準化研究
到2025年，歐洲預計會有29 GWh電動汽車退役電池能夠用于二次回收利用，其中三分之一（10 GWh）可以應用到固定儲能領域，實現(xiàn)電池壽命的延長和碳足跡的縮減。歐洲必須開展用于固定式儲能的退役電動汽車電池的建模和標準化研究，重點在電池壽命評估方法、電池翻新修復和電池管理方面開展研究。
六、電池回收
1、電池材料回收
未來10年，歐洲大量的儲能電池使用壽命到期需要報廢處理，歐洲需要在整個歐盟范圍內開發(fā)一套統(tǒng)一的廢舊電池回收處理系統(tǒng)和標準。開發(fā)更環(huán)保的電池回收處理工藝，以盡量減少能源、水的消耗，以提升有價值化學材料回收率，并盡量減少接觸有害物質的幾率。
2、電池收集、逆向物流、拆解和分類
歐洲需要對電池進行系統(tǒng)分類標簽，以實現(xiàn)高效的回收流程；需對回收工廠進行改造以處理大量的廢電池，并且需要建立從分揀、拆卸到回收的高度自動化過程；發(fā)展現(xiàn)代低碳足跡物流。
七、培育新興電池技術
1、多價離子電池
未來社會對電池能量密度、比容量的要求越來越高，歐洲需要對新一代高能量密度的多價離子電池進行研究布局，以維持電池技術全球領先地位和為搶占未來的市場積累技術儲備。
2、新型液流電池
歐洲需要開發(fā)經濟性更加優(yōu)越的新型液流電池技術，重點圍繞新型液流電池技術開展建模、可持續(xù)電化學和電池設計、電化學模型設計以進行電池材料和性能的仿真，并輔以實驗結果，從而能夠以更快、更經濟的方式發(fā)現(xiàn)最有應用潛力的氧化還原電對，進而更快地開發(fā)出更高能量密度、更低價格、更環(huán)保和更安全的新型液流電池。
3、水系電解質電池
相比于有機電解液，水系電解液具有無毒無害、不可燃、成本低和對生產環(huán)境要求低等優(yōu)點，同時水系電解液的離子電導率要比有機電解液高，極大改善鋰離子電池的倍率和快充性能。歐洲需要大力開展低成本、安全先進的水系電解質電池研究。
4、新興的電池界面研究技術
電池界面（固-固、固-液界面等）電化學過程對電池的各方面性能均會產生重要的影響，為此需要對電池界面的電化學過程進行系統(tǒng)研究。歐洲需要研究開發(fā)電池界面電化學過程的原位無損表征技術，開展計算機建模以模擬界面的電化學過程，更好地理解電池電化學反應和性能降解衰退的工作機制。
5、探索新型負極材料
新興負極材料的研發(fā)成為提升鋰電池能量密度的重要方向。歐洲需要開展新型負極材料研發(fā)，但不能采用傳統(tǒng)的基于人工試錯實驗方法，應該利用大數(shù)據、人工智能技術來開發(fā)高通量的實驗模擬平臺，實現(xiàn)對海量數(shù)據的快速解析從而大幅提升新材料的甄別和篩選速率，加快研發(fā)進程。
[1] 歐盟電池技術的劃分詳見戰(zhàn)略能源技術計劃（SET-PLAN）10大研究創(chuàng)新行動的第7個行動計劃內容，即“交通電氣化和固定儲能”章節(jié)內容，內容網絡鏈接為https://setis.ec.europa.eu/sites/default/files/set_plan_batteries_implementation_plan.pdf.
