歐洲技術(shù)與創(chuàng)新平臺(tái)“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(xiàng)》報(bào)告，針對(duì)歐洲電池創(chuàng)新價(jià)值鏈提出了短期（2021-2023年）的7大優(yōu)先創(chuàng)新研發(fā)事項(xiàng)，旨在通過(guò)加速技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新推動(dòng)完善電池產(chǎn)業(yè)布局，以構(gòu)建一個(gè)具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的歐洲電池產(chǎn)業(yè)，助力歐洲氣候中性經(jīng)濟(jì)體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。7大優(yōu)先研發(fā)事項(xiàng)的主要內(nèi)容如下：
一、電池原料可持續(xù)加工和安全供應(yīng)保障
1、鋰
加大對(duì)硬巖鋰礦床礦物學(xué)知識(shí)研究，以更好地認(rèn)知和加工礦物，從而實(shí)現(xiàn)從礦物中高效低成本提取鋰資源。除了強(qiáng)化鋰礦開采過(guò)程中副產(chǎn)品采集之外，還需對(duì)礦物加工處理過(guò)程中使用水和能源方式進(jìn)行優(yōu)化，以最大限度地減少尾礦和脈石的產(chǎn)生。確保在鋰加工處理廠和礦場(chǎng)附近有隨時(shí)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(yīng)該將鋰礦的開發(fā)加工處理作為優(yōu)先事項(xiàng)。
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(shù)，確保提取的金屬元素純度符合電池應(yīng)用的需求，從而保障歐洲鋰電池金屬元素供應(yīng)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(zhì)的合成石墨技術(shù)，進(jìn)而替代天然石墨，為歐洲電池產(chǎn)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(qiáng)儲(chǔ)能電池性能
1、用于電動(dòng)汽車領(lǐng)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(guān)挑戰(zhàn)，包括：開發(fā)高壓正極材料的同時(shí)，避免或減少高價(jià)元素（例如鈷）的使用量；另一方面，依靠先進(jìn)材料的開發(fā)，包括正極、負(fù)極、粘合劑、隔膜、電解液、集流體和封裝材料，將現(xiàn)有動(dòng)力鋰電池性能提升到接近理論極限水平。
2、用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域的4A和4B型固態(tài)鋰電池開發(fā)
針對(duì)4A型電池（基于傳統(tǒng)材料的固態(tài)鋰電池）重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括：研制低直流電阻材料，減小負(fù)極厚度，開發(fā)出高離子電導(dǎo)率的低厚度固體電解質(zhì)，制備出新的固體電解質(zhì)中間層，優(yōu)化電極/固態(tài)電解質(zhì)接觸界面以提升電荷遷移速率、電化學(xué)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(jìn)一步提高電池的能量密度和安全性，使之超越現(xiàn)有電動(dòng)汽車電池性能水平。
3、用于固定式儲(chǔ)能領(lǐng)域的鈉離子電池開發(fā)
歐洲將重點(diǎn)發(fā)展基于鈉離子電池的固定式儲(chǔ)能技術(shù)，從該電池正極、負(fù)極和電解質(zhì)等材料的合成和表征到相關(guān)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(biāo)是開發(fā)出比現(xiàn)有商用的固定式儲(chǔ)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(chǔ)能領(lǐng)域的液流電池開發(fā)
重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括：開發(fā)材料（如氧化還原電對(duì)、電解質(zhì)等）和新電池架構(gòu)，并驗(yàn)證基于新材料新架構(gòu)的新型氧化還原液流電池性能和經(jīng)濟(jì)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(jià)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(lǐng)導(dǎo)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(diǎn)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(shù)，如完全不使用有機(jī)溶劑作為漿料分散介質(zhì)的電極涂布技術(shù)、先進(jìn)的高固含量涂層、完全干法涂層技術(shù)等，以降低生產(chǎn)成本，提升電池性能和使用壽命。
2、電極和電池智能生產(chǎn)設(shè)備
重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括：將智能質(zhì)量控制系統(tǒng)集成到生產(chǎn)設(shè)備、電池性能退化機(jī)制模型開發(fā)、大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的性能測(cè)試工具開發(fā)、電池生產(chǎn)過(guò)程的虛擬模擬技術(shù)等。
3、集成數(shù)字孿生技術(shù)的電池制造生產(chǎn)線
重點(diǎn)研究?jī)?nèi)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(jī)器參數(shù)；在電池制造過(guò)程中開發(fā)和驗(yàn)證多重物理量和多尺度模型，能夠更加準(zhǔn)確了解制造過(guò)程的每個(gè)步驟；開發(fā)基于物理建模和AI技術(shù)的電池?cái)?shù)字化模型，將電池設(shè)計(jì)和制造設(shè)計(jì)集成在一起。
4、電池制造工廠價(jià)值鏈整合
歐洲需要全面整合電池工廠價(jià)值鏈，即構(gòu)建一個(gè)深度協(xié)同合作網(wǎng)絡(luò)，將歐洲地區(qū)工業(yè)規(guī)模的電池制造商、電池加工設(shè)備公司、原材料和其他相關(guān)工業(yè)部門進(jìn)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(dòng)力電池儲(chǔ)能技術(shù)
1、電池模塊和電池組的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)以及相關(guān)的制造工藝，以減少開發(fā)時(shí)間和成本并提高性能，同時(shí)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?zé)峁芾砑夹g(shù)
由于過(guò)高或過(guò)低的溫度都將直接影響動(dòng)力電池的使用壽命和性能，并有可能導(dǎo)致電池系統(tǒng)的安全問(wèn)題，為此歐洲必須發(fā)展先進(jìn)的電池?zé)峁芾砑夹g(shù)，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(jìn)的電池管理技術(shù)優(yōu)化電池利用率
歐洲需要開發(fā)更先進(jìn)的電池管理技術(shù)提升電池利用率，重點(diǎn)研究任務(wù)是開發(fā)基于知識(shí)和數(shù)據(jù)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(shù)
歐洲需要在電池的開發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中引入數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造全流程的高精度模擬，加快研發(fā)過(guò)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(píng)估方法和工具
歐洲需要應(yīng)用各種技術(shù)，如物理特征表征技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或這些技術(shù)的組合，來(lái)開發(fā)新的評(píng)估方法和工具，大幅降低電池評(píng)估的成本（至少降低20%-30%）和所需時(shí)間（至少減少20%-0%）。
五、支持固定式儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車用儲(chǔ)能設(shè)施部署
1、固定式電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性
歐洲需要加強(qiáng)電池制造、應(yīng)用和防護(hù)等環(huán)節(jié)的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性研究：一是電池生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的安全，包括電池材料和生產(chǎn)工藝控制；二是電池應(yīng)用環(huán)節(jié)的安全，包括預(yù)警、防護(hù)和消防等。三是配套設(shè)施的安全設(shè)計(jì)，包括電站隔熱和導(dǎo)熱設(shè)計(jì)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(duì)電池及其單元進(jìn)行智能化管理，防止電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)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(quán)訪問(wèn)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(shí)現(xiàn)利用上述信息來(lái)開發(fā)延長(zhǎng)電池壽命的解決方案，并演示診斷和預(yù)測(cè)電池系統(tǒng)壽命健康狀態(tài)的方法。
3、固定式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的互操作性
互操作性和多服務(wù)模式運(yùn)行是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)于其他競(jìng)爭(zhēng)性儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵支柱，這對(duì)靈活使用電動(dòng)汽車也很重要（電動(dòng)汽車既可以作為用電終端，也可以作為供電設(shè)備）。歐洲需要將互操作性與合適的電池運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)模型和技術(shù)解決方案相結(jié)合，成為電力儲(chǔ)能系統(tǒng)、混合儲(chǔ)能系統(tǒng)和電動(dòng)汽車開發(fā)的一部分，以實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在上述不同應(yīng)用場(chǎng)景下服務(wù)模式的靈活切換。
4、長(zhǎng)時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)
依據(jù)《綠色協(xié)議》，歐洲到2050年要實(shí)現(xiàn)零排放能源系統(tǒng)目標(biāo)，波動(dòng)性太陽(yáng)能和風(fēng)能在歐洲能源結(jié)構(gòu)中占比將顯著增加，使得高比例集成低碳能源資源的電網(wǎng)穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)，為此歐洲亟需開發(fā)長(zhǎng)時(shí)（儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)10個(gè)小時(shí)以上）電池儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)解決。
5、儲(chǔ)能與直流微電網(wǎng)
直流微電網(wǎng)中直流微電源輸出不穩(wěn)定會(huì)造成網(wǎng)內(nèi)功率不平衡及直流母線電壓大范圍波動(dòng)問(wèn)題，可以通過(guò)部署配套的儲(chǔ)能系統(tǒng)給予解決。歐洲需要開展基于儲(chǔ)能的直流微電網(wǎng)能量管理和電壓控制研究、直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)自動(dòng)充放電改進(jìn)控制策略研究等。
6、用于固定式儲(chǔ)能的退役電動(dòng)汽車電池的建模和標(biāo)準(zhǔn)化研究
到2025年，歐洲預(yù)計(jì)會(huì)有29 GWh電動(dòng)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(yīng)用到固定儲(chǔ)能領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)電池壽命的延長(zhǎng)和碳足跡的縮減。歐洲必須開展用于固定式儲(chǔ)能的退役電動(dòng)汽車電池的建模和標(biāo)準(zhǔn)化研究，重點(diǎn)在電池壽命評(píng)估方法、電池翻新修復(fù)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(lái)10年，歐洲大量的儲(chǔ)能電池使用壽命到期需要報(bào)廢處理，歐洲需要在整個(gè)歐盟范圍內(nèi)開發(fā)一套統(tǒng)一的廢舊電池回收處理系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)。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(jià)值化學(xué)材料回收率，并盡量減少接觸有害物質(zhì)的幾率。
2、電池收集、逆向物流、拆解和分類
歐洲需要對(duì)電池進(jìn)行系統(tǒng)分類標(biāo)簽，以實(shí)現(xiàn)高效的回收流程；需對(duì)回收工廠進(jìn)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(dòng)化過(guò)程；發(fā)展現(xiàn)代低碳足跡物流。
七、培育新興電池技術(shù)
1、多價(jià)離子電池
未來(lái)社會(huì)對(duì)電池能量密度、比容量的要求越來(lái)越高，歐洲需要對(duì)新一代高能量密度的多價(jià)離子電池進(jìn)行研究布局，以維持電池技術(shù)全球領(lǐng)先地位和為搶占未來(lái)的市場(chǎng)積累技術(shù)儲(chǔ)備。
2、新型液流電池
歐洲需要開發(fā)經(jīng)濟(jì)性更加優(yōu)越的新型液流電池技術(shù)，重點(diǎn)圍繞新型液流電池技術(shù)開展建模、可持續(xù)電化學(xué)和電池設(shè)計(jì)、電化學(xué)模型設(shè)計(jì)以進(jìn)行電池材料和性能的仿真，并輔以實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而能夠以更快、更經(jīng)濟(jì)的方式發(fā)現(xiàn)最有應(yīng)用潛力的氧化還原電對(duì)，進(jìn)而更快地開發(fā)出更高能量密度、更低價(jià)格、更環(huán)保和更安全的新型液流電池。
3、水系電解質(zhì)電池
相比于有機(jī)電解液，水系電解液具有無(wú)毒無(wú)害、不可燃、成本低和對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)水系電解液的離子電導(dǎo)率要比有機(jī)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(jìn)的水系電解質(zhì)電池研究。
4、新興的電池界面研究技術(shù)
電池界面（固-固、固-液界面等）電化學(xué)過(guò)程對(duì)電池的各方面性能均會(huì)產(chǎn)生重要的影響，為此需要對(duì)電池界面的電化學(xué)過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)研究。歐洲需要研究開發(fā)電池界面電化學(xué)過(guò)程的原位無(wú)損表征技術(shù)，開展計(jì)算機(jī)建模以模擬界面的電化學(xué)過(guò)程，更好地理解電池電化學(xué)反應(yīng)和性能降解衰退的工作機(jī)制。
5、探索新型負(fù)極材料
新興負(fù)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(fù)極材料研發(fā)，但不能采用傳統(tǒng)的基于人工試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)方法，應(yīng)該利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)來(lái)開發(fā)高通量的實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)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(jìn)程。
[1] 歐盟電池技術(shù)的劃分詳見戰(zhàn)略能源技術(shù)計(jì)劃（SET-PLAN）10大研究創(chuàng)新行動(dòng)的第7個(gè)行動(dòng)計(jì)劃內(nèi)容，即“交通電氣化和固定儲(chǔ)能”章節(jié)內(nèi)容，內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)鏈接為https://setis.ec.europa.eu/sites/default/files/set_plan_batteries_implementation_plan.pdf.
