中國儲能網訊：歐洲電池行業(yè)一直熱衷于將一些改進技術從實驗室推向市場，滿足新的需求和要求。歐洲主流電池技術包括鉛、鋰和鎳基電池；鈉技術也有改進的潛力，研發(fā)重點是通過設計改進提高充電能力和延長循環(huán)壽命。
文︱立厷
歷經7年、35輪談判的中歐投資協(xié)定終于在中歐建交45周年之際達成共識。中國的電子產品、機電設備、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中國電池企業(yè)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電池方面歐洲已明顯落后于亞洲，為此，在政府和產業(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）最近發(fā)布的《2030電池創(chuàng)新路線圖》對動力電池技術、市場及細分領域做出了哪些評價和預期。
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重要，但歐洲電池聯(lián)盟（European Battery Alliance）認為，歐盟的電池行動計劃不應僅限于一項技術和應用，因為多種電池技術將有助于實現綠色協(xié)議的零排放目標。
其他應用領域和歐盟鉛蓄電池制造業(yè)的情況完全不同，已有成熟的制造商和供應鏈，在眾多當前和新興市場中擁有領先地位。與此同時，某些技術已經處于非常先進的發(fā)展階段。一些國家的回收過程尚未達到工業(yè)規(guī)模，需要得到支持才能改善。所有電池技術必須研發(fā)未來和創(chuàng)新的解決方案，特別是鉛蓄電池。
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，不讓一種技術優(yōu)先于另一種技術。未來的歐盟研發(fā)公共資金活動應針對不同應用研究，在不同的技術之間平等分配。
EUROBAT的涵蓋范圍
如今，電池技術在不同細分市場仍處于競爭或互補狀態(tài)，如果為所有技術敞開大門，使其市場創(chuàng)新最大化，將實現綠色協(xié)議目標，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，旨在跟進功能需求，實現歐盟的零排放目標。
EUROBAT的表明，每種技術都有各自的特點和巨大的發(fā)展?jié)摿?，這將有助于在2050年之前實現歐洲的氣候中立。
四大技術求創(chuàng)新
市場驅動的研發(fā)產生了各種各樣的商用鉛、鎳、鋰和鈉基電池產品，這幾十年來不斷改進的結果，滿足了應用特定及其不斷增長的需求。
歐洲電池行業(yè)一直熱衷于將一些改進技術從實驗室推向市場，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先地位，固定業(yè)務中領先程度不大。
歐洲主流電池技術包括鉛、鋰和鎳基電池；鈉技術也有改進的潛力，研發(fā)重點是通過設計改進提高充電能力和延長循環(huán)壽命。不過，這類技術涵蓋范圍較小，不做詳細評價。
歐洲四大電池技術
鉛基技術改進推動環(huán)a保
100多年來，鉛蓄電池一直是工業(yè)和汽車市場的主要儲能裝置。鉛蓄電池有不同設計可供選擇，一個重要選擇是富液式或排氣式，需要維護；另一個是免維護閥控（VRLA）電池。它們可以連接大型電池裝置，而無需復雜的管理系統(tǒng)，與其他技術相比，每千瓦時安裝成本和發(fā)電量成本較低。
鉛蓄電池在功能性、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）的促進了鉛基技術的持續(xù)改進。
為了與新的電化學存儲技術競爭，需要加快創(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)新的先進添加劑來降低內阻來提高比功率，或通過設計改進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、改進的薄板純鉛（TPPL）和雙極電池設計等組件，以進一步滿足未來多種應用的需求。
鉛蓄電池在各種強化技術方面的進一步發(fā)展將有助于實現歐洲綠色協(xié)議中的零排放目標，特別是滿足兩個關鍵領域的新市場需求：
汽車啟/停和微混動力電池關鍵性能指標及中期目標
工業(yè)固定式儲能電池關鍵性能指標及中期目標
鉛蓄電池循環(huán)經濟目標是，到2030年，鉛蓄電池的回收利用目標將保持在很高的水平，效率將達到90%以上，活性材料的回收利用率將達到99%，實現循環(huán)經濟，使整個價值鏈受益。
鋰基技術材料創(chuàng)新
鋰離子（Li-ion）是汽車和工業(yè)應用的領先技術，到2030年仍將如此，目前已成為不同應用批量生產和部署的標準電池。對更高能量密度的主要要求是實現更長行駛里程，這與電子交通直接相關。
2030年發(fā)展路線圖主要考慮基于改性鎳鈷錳氧化物（NMC）材料的鋰基技術，從NMC 111到NMC 811，使鎳含量增加，鈷含量降低，還有碳/硅復合材料的高電容負極材料的應用。固態(tài)技術也將有針對性地提高能量密度和安全性。
鋰離子技術包括的負極和正極材料組合
2030年進一步開發(fā)的幾代鋰材料包括鋰離子、富鎳NMC正極和負極新材料（如Si/C復合材料）：
2a代：NMC 111 / 100% C
2b代：NMC 523 -622 /100% C
3a代：NMC 622 / C+ Si（5-10%）
3b代：NMC 811 / Si/C復合材料
由于正負極材料可能組合的多樣性，由此產生的鋰離子電池顯示出適合不同應用的特定和個體性能特征。從材料研究、工藝、生產、開發(fā)、回收利用、安全和運輸等方面來看，發(fā)展適合工業(yè)和汽車應用的鋰離子技術仍然是一個挑戰(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。
經濟和環(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、生產過程中二氧化碳排放量低。
面對的挑戰(zhàn)包括：生產工藝、回收過程和運輸安全。
鋰離子電池的循環(huán)經濟目標在于，其回收目標將維持在目前50%的水平，而到2030年，活性材料回收率預計將從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
鎳基電池是在極端氣候、循環(huán)或快速充電條件下應用的首選技術。不同的設計可供選擇：軟包、燒結、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。
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，鎳鎘主要用于特殊和利基應用。通過使用創(chuàng)新材料，這項技術可以進一步開發(fā)現有應用，并作為替代解決方案，其在極端條件下的關鍵性能仍有進一步改進的潛力。鎳基電池是未來十年應考慮的工業(yè)應用電化學存儲系統(tǒng)之一。
鎳基電池循環(huán)經濟目標是到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%），以達到收支平衡的商業(yè)模式。
每種技術的特點和創(chuàng)新潛力
從表中可以看出EUROBAT對每種電池技術最新性能數據的評估和2030年目標，包括每項技術的能力和創(chuàng)新潛力。
每種電池技術的性能參數和2030年目標
從蜘蛛圖可以看到2020年各電池技術的關鍵性能指標（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)展狀況和2030年的創(chuàng)新潛力。
鉛基技術KPI及2030年目標
鎳基技術KPI及2030年目標
鋰基技術KPI及2030年目標
2030年每種電池技術的目標關鍵性能指標則展示了市場上技術互補性的延續(xù)。
2030年每種技術的KPI概覽
研發(fā)創(chuàng)新的四大應用領域
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。
汽車出行領域
如今，電動汽車開始為人們接受，而汽車電池的主要挑戰(zhàn)在于實現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）。根據應用的不同，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燃機尺寸。
01、12V輔助電池
用于燃油車和各種PHEV的12V輔助電池的主要功能包括：支持12V負載，保證車載網絡正常運行，在緊急情況下確保安全的操控。在這方面，雖然鉛蓄電池用量很大，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。如果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，就可以與鉛蓄電池競爭。
02、重型商用深循環(huán)電池
現在，歐盟要求許多城市卡車在夜間充電或卸貨時不能空轉，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)動機不運轉且電能需求高的情況下提供高能量。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)啟動或兩用鉛蓄電池無法滿足這一要求。鉛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，主要采用的鋰離子電池技術是鎳錳鈷氧化物（NMC）和磷酸鐵鋰（LFP）。鉛技術不適合這類推進應用。相比燃油動力，鋰動力電池的挑戰(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)技術是研發(fā)方向。
物料處理和物流領域
01、物料搬運電池
物流應用包括訂單分揀機、電動叉車、托盤車和側向裝卸機，以及自動引導車輛（AGV）和機器人叉車等。
用于物料搬運應用的電池是一個傳統(tǒng)市場，EUROBAT估計，其中鉛蓄電池約占90%市場份額，鋰離子電池剛開始進入。全球電池叉車市場額定功率為32GWh，年增長率為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73GWh。
鉛蓄電池適合一班制或現場有換電基礎設施的應用，需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、自動導向車電池
自動導向車輛是現代生產線與傳統(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入該市場，但由于電池室受限，且重載需要較大的電流，鋰離子電池需要增加體積能量密度和循環(huán)能力。
越野運輸領域
越野市場非常多樣化，包括海運、鐵路和空運，以及農業(yè)、清潔機械、休閑車和高爾夫球車等。
01、鐵路電池
鐵路基礎設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設施創(chuàng)新。
EUROBAT估計，鐵路電池市場增長潛力很大，到2025年，鋰離子電池、鎳鎘電池和鉛蓄電池的年增長率分別可達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)的新應用。鋰離子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。此外，由于其免維護和壽命更長等優(yōu)點，有望成為增長最快的市場。
02、船只電氣化電池
目前，歐洲正在推進對所有形式船只的電氣化，而電池是推動海洋和內陸水域船隊轉型的助推器，這是鋰離子電池的一個機會。鋰離子電池非常適合推進需求，鉛蓄電池則更適合船載輔助服務，參考安全保障功能和柴油機啟動。
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發(fā)電機給電池充電，為電力推進提供動力，以減少滿功率運行時的油耗和排放，在進入海港時也可以純電動模式運行。
小型船舶推進的混合電力系統(tǒng)正在發(fā)展，包括搭載太陽能和風能動力。全電動插電式船舶利益利用港口充電基礎設施充電，讓船舶在使用過程中不產生任何燃油消耗或排放。
固定儲能領域
在電力系統(tǒng)的重大變革中，歐洲需要更大的靈活性和互聯(lián)性，以優(yōu)化能源資源。所有電池技術在電網的各個層面都有著重要作用，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)定電網提供重要服務，也可以為環(huán)保、安全可靠的能源供應系統(tǒng)提供靈活性，實現系統(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施。其關鍵功能包括：
穩(wěn)定中低壓電網的電壓
確保全球能源平衡和頻率
防止電網過載
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)電機組層面、輸電（TSO）和配電（DSO）系統(tǒng)運營商層面的公用電網規(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增長到24GWh，年增長率為4%。增長是大數據使用的增加以及對新數據存儲中心的更多需求。期間，鋰電池市場將達到18%。
UPS應用的關鍵性能指標是能量、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。由于臨界負荷是帶電運行，電池必須提供更大輸出，因此需要提高功率密度。鉛和鋰技術都要滿足這一要求。UPS備用電池還可以產生更多價值，如UPS和調峰以及UPS作為備用電源（UPSaaR）。
此外，在網絡中接入較小的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分布式能源生產、儲存和消費。
02、電信電池
電信電池是指當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年可望達到25GWh，鋰電池份額將達20%。電信電池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，以及工作溫度范圍和回收能力。5G網絡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
據統(tǒng)計，住宅和商業(yè)領域二氧化碳排放量占歐盟總排放量的12%，到2022年，這一領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)揮調峰或UPS的作用，在電力成本高或可再生能源產量低的情況下提供負載；電池還可作為電動汽車家庭充電站使用。這個市場中，鋰電池占主導地位，雖然它有空間方面的優(yōu)勢，但室內儲存的安全性有待進一步提高，轉向固態(tài)技術的發(fā)展方向。
04、電網規(guī)模儲能電池
因為很容易在現場安裝，并可根據電源和容量需求進行擴展，電池在公用電網規(guī)模儲能方面有相當大的優(yōu)勢。預計到2025年，全球該領域電池市場將達到60GWh。電池可以通過多種方式實現電網穩(wěn)定性，快速存儲能量或以毫秒為單位輸入電網實現補償，保證頻率的穩(wěn)定，同時補償發(fā)電量和負荷波動引起的偏差。
電池可以實現的不同電網功能
電池還可以承擔傳統(tǒng)發(fā)電廠的運轉備用功能，為電網提供備用容量。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供電。電池存儲系響應時間在毫秒范圍，更適合提供低至分鐘的能量控制。現在，通過集中分散的電池存儲提供控制電源已經相當經濟，利用本地靈活性有助于優(yōu)化配電網容量。
中國企業(yè)的機會
中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、技術水平不高、回收再利用體系不完善等限制了產業(yè)的國際競爭力。面對歐美發(fā)達國際加大相關技術投入力度，加快研發(fā)新一代動力電池，中國切不可掉以輕心。相反，更應發(fā)現端倪，抓住稍縱即逝的機會，借勢揚帆出海！
