中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：電動(dòng)汽車仍然是鋰離子電池銷售增長的主要驅(qū)動(dòng)力。2022 年全球電動(dòng)汽車銷量將超過1,000萬輛。與此相適應(yīng)，動(dòng)力電池的銷量也將大幅增長76%。這一增長軌跡在 2023 年仍將繼續(xù)。為了滿足不斷增長的需求，歐洲越來越多的電池生產(chǎn)廠和電池組件廠開始投產(chǎn)。到 2023 年底，電池產(chǎn)能將達(dá)到175 GWh/年。本文將介紹電池生產(chǎn)廠在開發(fā)和投產(chǎn)過程中遇到的挑戰(zhàn)。
電動(dòng)汽車仍處于上升期
國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）今年4月發(fā)布的《2023年全球電動(dòng)汽車展望》顯示，電動(dòng)汽車的銷量繼續(xù)快速增長。電動(dòng)汽車（EV）的銷量繼續(xù)快速增長。在過去一年中，全球電動(dòng)汽車銷量超過1000萬輛，占整個(gè)市場份額的14%。繼中國電動(dòng)汽車銷量達(dá)600萬輛之后，第二大增長動(dòng)力來自歐洲，銷量達(dá)270萬輛。與整個(gè)汽車市場相比，電動(dòng)汽車在中國的市場份額接近30%，在歐洲則超過20%。這一趨勢將在2023持續(xù)。盡管在電動(dòng)汽車的主要市場--中國，購買電動(dòng)汽車的政治支持措施取消了，在2023年第一季度，中國的電動(dòng)汽車銷量超過230萬輛，同比增長25%。相當(dāng)于歐洲的 2023年第一季度的總銷量。到2023年底，全球電動(dòng)汽車銷量將達(dá)到1400 萬輛。
電動(dòng)汽車銷量的增長導(dǎo)致對電池的需求增加。SNE Research的數(shù)據(jù)顯示，到2022年，用于電動(dòng)汽車的電池總能量將達(dá)到690GWh。與 2021 年相比增長了76%電池 電池生產(chǎn)的市場領(lǐng)導(dǎo)者是CATL，其次是LG Energy Solution、 比亞迪、松下、三星SDI和SK On。上述所有公司的主要生產(chǎn)基地都在亞洲，但六家公司中有四家在歐洲也有生產(chǎn)基地。除電動(dòng)汽車外，固定式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)市場的發(fā)展尤為強(qiáng)勁。根據(jù)SNE Research的預(yù)測，2022年，全球共售出122GWh的電池容量，相當(dāng)于增長了177%.。由于政治措施的影響，未來對固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)的高需求將持續(xù)存在。例如中國政府規(guī)定，隨著可再生能源發(fā)電的建立，儲(chǔ)能系統(tǒng)必須同時(shí)安裝。由于電動(dòng)汽車銷量的增長，電池的增長趨勢將在2023年繼續(xù)保持。根據(jù)SNE Research的數(shù)據(jù)，2023年第一季度，全球共售出 133GWh的動(dòng)力電池。同比增長率為39%。因此，本季度的年復(fù)合增長率（CAGR）高于26% 。
新的電池生產(chǎn)設(shè)施在歐洲開始投產(chǎn)
不僅在全球，歐洲的電池生產(chǎn)勢頭強(qiáng)勁，越來越多的工廠開始投產(chǎn)。繼Northvolt宣布于2021年12月開始生產(chǎn)電池并在 2022年交付首批商用電池之后，CATL宣布于2022年12月在德國埃爾福特附近開始批量生產(chǎn)。Northvolt Ett第一階段的產(chǎn)能為16GWh/年。而CATL位于埃爾福特的工廠的產(chǎn)能為8GWh/年。2023年5月，ACC 開始在法國杜弗林的 BillyBerclau 生產(chǎn)電池。公司的目標(biāo)是在2023年底前開始生產(chǎn)，并計(jì)劃于2024年底完成增產(chǎn)。在第一個(gè)建設(shè)階段，目標(biāo)是生產(chǎn)出超過13 GWh/年以上的電池單元。上述所有設(shè)施都將在未來進(jìn)一步建設(shè)。
除了最近開始運(yùn)營的工廠外，韓國的制造商LG Energy Solution、三星SDI和SK On還在波蘭和匈牙利生產(chǎn)電池。在2022年最后一個(gè)季度末的報(bào)告中顯示，LG Energy Solution在波蘭的產(chǎn)能分別為波蘭的產(chǎn)能為70 GWh/年，預(yù)計(jì)到 2023 年將擴(kuò)大到 90 GWh/年。到2025年，總產(chǎn)能將達(dá)到115GWh/年。SK On是SK Innovation旗下的電池分公司，其在匈牙利的產(chǎn)能為17.5GWh/年。根據(jù)公司公告，另一個(gè)工廠計(jì)劃于2024年投產(chǎn)，年產(chǎn)量將增加30GWh。
三星SDI正在匈牙利哥德的一家工廠生產(chǎn)汽車用電池。然而、該公司本身并未透露其現(xiàn)有的生產(chǎn)能力。根據(jù)行業(yè)新聞披露，約為30GWh/年，預(yù)計(jì)將擴(kuò)大到40GWh/年。根據(jù)三星SDI的季度報(bào)告，這一建設(shè)階段于 2022年完成。
除了已列出的生產(chǎn)能力超過產(chǎn)能超過5GWh/年，還有許多其他電池廠生產(chǎn)規(guī)模較小的電池片，通常用于電動(dòng)汽車以外的應(yīng)用（圖 1）。2022 年，歐洲動(dòng)力電池的總產(chǎn)能約為145GWh/年。到2023年底可能增至175GWh/年。
圖1 歐洲正在規(guī)劃、建設(shè)或已投入運(yùn)營的電池生產(chǎn)基地
電池各個(gè)組件（正極，負(fù)極，隔膜以及電解液）的生產(chǎn)也將在歐洲進(jìn)行
除電池生產(chǎn)外，在歐洲已經(jīng)建設(shè)工廠為電池生產(chǎn)提供必要的組件、如正極活性材料 (CAM)、隔膜和電解液（圖 2）。還有一些組件生產(chǎn)工廠正在建設(shè)當(dāng)中。
圖2 積極從事電池生產(chǎn)和組件制造，并在歐洲各國擁有生產(chǎn)基地的公司。
其中，巴斯夫和優(yōu)美科正在歐洲生產(chǎn)正極活性材料。優(yōu)美科于2022 年9月在波蘭Nysa開設(shè)了一家生產(chǎn)CAM的工廠，據(jù)說到2023年底，該工廠的產(chǎn)能將達(dá)到20GWh/年，并將在2024年擴(kuò)大到40GWh/年。最終，其CAM生產(chǎn)能力可提高到200GWh/年。此外，位于Schwarzheide的巴斯夫工廠也即將開始生產(chǎn)。根據(jù)新聞報(bào)道、自2022年底以來，該生產(chǎn)基地一直在加緊提升產(chǎn)能，初期產(chǎn)能將達(dá)到20GWh/年。
鋰離子電池的隔膜主要由波蘭的LG化學(xué)公司和匈牙利的東麗公司生產(chǎn)。兩家公司去年宣布在匈牙利成立了一家生產(chǎn)隔膜材料的合資企業(yè)。隨著合資企業(yè)的成立，東麗公司的生產(chǎn)基地將得到擴(kuò)建，并計(jì)劃達(dá)到8億平方米的隔膜生產(chǎn)能力。SK IE Technology是歐洲另一家生產(chǎn)隔膜的公司。SK IE在波蘭擁有一家工廠，每年可生產(chǎn)3.4億平方米的隔膜。更多的生產(chǎn)基地正在開發(fā)中，到2023年和2024年底，隔膜的年產(chǎn)量將分別達(dá)到 6.8 億平方米和1.54億平方米。在瑞典，高級(jí)技術(shù)材料公司正在運(yùn)營一家電池隔膜生產(chǎn)廠。該工廠計(jì)劃分幾個(gè)階段進(jìn)行，到2024年底，隔膜年產(chǎn)量將達(dá)到6億平方米，相當(dāng)于約60GWh。另一家亞洲公司SEMCORP計(jì)劃在匈牙利開設(shè)一家隔膜生產(chǎn)廠。目標(biāo)是達(dá)到4億平方米的生產(chǎn)能力。
歐洲已有許多生產(chǎn)電解液的公司。由于保質(zhì)期有限，電解質(zhì)溶液必須快速處理、因此，短途運(yùn)輸尤為重要。因此，電解液生產(chǎn)商已在靠近電池廠的地方建立了自己的生產(chǎn)基地、主要集中在波蘭、匈牙利和捷克。
圖2在“Capacity Europe 2023e”一欄中，總結(jié)了到2023年底可能達(dá)到的產(chǎn)能。這些產(chǎn)能將能夠?yàn)闅W洲的電池生產(chǎn)廠提供足夠的電解液。關(guān)于隔膜特別是正極活性材料，歐洲依賴于額外的進(jìn)口。負(fù)極活性材料 (AAM) 也是如此。由于歐洲只有少數(shù)幾家小型生產(chǎn)廠，因此圖2中沒有對負(fù)極活性材料進(jìn)行描述、然而，可以預(yù)見的是這種情況將會(huì)改變，因?yàn)槟壳坝袔讉€(gè)生產(chǎn)負(fù)極活性材料的工廠正在開發(fā)中。
歐洲電池生產(chǎn)廠的原型開發(fā)
歐洲的電池生產(chǎn)廠在新生產(chǎn)基地的開發(fā)過程中，尤其是在電池生產(chǎn)廠的規(guī)劃和建設(shè)過程中，會(huì)遇到各種各樣的挑戰(zhàn)。有關(guān)歐洲電池生產(chǎn)基地的發(fā)展報(bào)告顯示，規(guī)劃并不總是簡單明了的。在這一過程中，計(jì)劃的時(shí)間表和里程碑的宣布可能會(huì)發(fā)生變化，偏離原計(jì)劃，或者完全停止。因此，在規(guī)劃和運(yùn)行過程中，始終要考慮適應(yīng)不斷變化的情況。和運(yùn)作。歐洲最近的例子表明從宣布建立工廠開始、到開始運(yùn)營大約需要五年時(shí)間
場地規(guī)劃始于目標(biāo)的設(shè)定，其中包括具體條件，如戰(zhàn)略方向、計(jì)劃產(chǎn)品、可能的地點(diǎn)以及預(yù)算和時(shí)間框架。以及預(yù)算和時(shí)間框架。特別是尋找潛在投資者的資金支持或國家財(cái)政支持或資助的機(jī)會(huì)，都會(huì)影響到廠址的選擇或計(jì)劃中工廠的規(guī)模。事實(shí)表明，歐盟必須制定更多激勵(lì)措施，簡化審批程序以保持對北美和亞洲市場的競爭力。
在開發(fā)階段，可以建造一條試驗(yàn)生產(chǎn)線作為批量生產(chǎn)的先驅(qū)。這種做法尤其適用于那些希望在電池市場上立足，但又沒有先期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的新制造商。以ACC和Northvolt為例、在實(shí)際工廠投產(chǎn)前2至2.5年，試驗(yàn)生產(chǎn)線就已開始運(yùn)行。通過中試線，電池生產(chǎn)工藝得以開發(fā)，電池設(shè)計(jì)得以測試，并由此產(chǎn)生試生產(chǎn)系列（或空系列）是批量生產(chǎn)的基礎(chǔ)。在試生產(chǎn)期間，生產(chǎn)出的樣品可供潛在客戶檢驗(yàn)。PowerCo公司位于德國薩爾茨吉特的第一家工廠是可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新方面的藍(lán)圖并以此為藍(lán)本加速建立更多的工廠。根據(jù)德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(huì)（VDMA）的電池生產(chǎn)設(shè)備路線圖顯示，“復(fù)制和粘貼工廠”模式從開始建設(shè)到投入運(yùn)營的時(shí)間可能是1至1.5年，而一個(gè)全新生產(chǎn)的工廠從開始生產(chǎn)到投產(chǎn)平均需要四年時(shí)間。
圖 3 中的時(shí)間軸描述了.以Northvolt Ett電池廠為例。該工廠不是一家“復(fù)制和粘貼”模式工廠，而是該公司的第一家工廠。它是在沒有專業(yè)知識(shí)的情況下建立的，其電池單元和生產(chǎn)設(shè)備是通過試驗(yàn)線開發(fā)和測試的。
在工廠的概念規(guī)劃階段，選址起著至關(guān)重要的作用。由于歐洲能源價(jià)格不斷上漲，未來的二氧化碳排放量也將不斷增加、特別是廉價(jià)的可能源的來源已變得越來越重要。能源密集型生產(chǎn)尤其具有競爭力如果當(dāng)?shù)仉娏υ诤艽蟪潭壬蟻碓从诳稍偕茉矗蛘呖梢燥L(fēng)能和太陽能發(fā)電作為補(bǔ)充。位于瑞典北部的超級(jí)工廠Northvolt Ett以其綠色，可持續(xù)制造而脫穎而出、因?yàn)樗?00%使用可再生能源，這得益于該地區(qū)擁有豐富的廉價(jià)風(fēng)能和水能。
圖3 以 Northvolt Ett.公司為例，電池生產(chǎn)廠的建設(shè)時(shí)間表
在規(guī)劃階段，會(huì)對工廠的尺寸進(jìn)行調(diào)整，并為幾個(gè)階段的產(chǎn)能增長進(jìn)行布局。工廠規(guī)模越大，就越有機(jī)會(huì)提高能源效率和材料投入，從而實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)的生產(chǎn)。這是規(guī)模經(jīng)濟(jì)的效應(yīng)，可降低固定成本。因此，從長遠(yuǎn)來看，工廠需要擴(kuò)建或增加新的設(shè)施，以便從現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施中獲利。例如SK 創(chuàng)新公司在匈牙利科馬羅姆的現(xiàn)有工廠旁邊新建了第二家工廠，以提高生產(chǎn)能力。為了順利投產(chǎn)。與地點(diǎn)規(guī)劃同時(shí)進(jìn)行的還有其他準(zhǔn)備工作，如原材料和生產(chǎn)設(shè)備的首批合同等。內(nèi)部價(jià)值鏈的全面分析有助于確定垂直非一體化領(lǐng)域。這些領(lǐng)域可以通過在電池生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，并慎重選擇生產(chǎn)地點(diǎn)。在空間上靠近供應(yīng)商、買家和生產(chǎn)設(shè)備制造商、可以產(chǎn)生物流優(yōu)勢。確定地點(diǎn)后，實(shí)施準(zhǔn)備工作包括包括從官方機(jī)構(gòu)獲得許可許可證。這些許可證包括環(huán)境影響評估（視地點(diǎn)而定），如污染控制、自然保護(hù)區(qū)保護(hù) 飲用水保護(hù)和森林保護(hù)。在獲得所有許可證后，工廠建設(shè)過程就可以開始了。三星SDI戈德（G?d）工廠、杜夫林（Douvrin）ACC工廠和斯凱萊夫特（Skellefte?）Northvolt Ett在斯凱勒夫特奧的工廠發(fā)布的新聞稿顯示，一棟廠房的基本建設(shè)需要七到十個(gè)月的時(shí)間。在完成后，第一批機(jī)器和設(shè)備會(huì)交付、安裝，并建立各條生產(chǎn)線。
SK Innovation介紹了位于匈牙利科馬羅姆的第一家工廠的五條生產(chǎn)線如何在一年時(shí)間內(nèi)逐步開始生產(chǎn)，以達(dá)到所宣布的7.5 GWh/年的產(chǎn)能。多條生產(chǎn)線并行運(yùn)行的優(yōu)勢在于可以在電池形式、化學(xué)成分或其他版本之間進(jìn)行切換。雖然生產(chǎn)設(shè)備的開始運(yùn)行是在中試生產(chǎn)線上進(jìn)行的，但將規(guī)模擴(kuò)大20倍（以 Northvolt Ett為例）則要復(fù)雜得多，需要工藝工程、質(zhì)量管理、電池設(shè)計(jì)和軟件之間的密切合作、
首先要進(jìn)行冷調(diào)試，在此過程中，設(shè)備被調(diào)整到所需的運(yùn)行速度、溫度和壓力。材料。在接下來的熱調(diào)試過程中將啟動(dòng)材料首次引入生產(chǎn)線。這一步伴隨著在特定參數(shù)的指導(dǎo)下進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查。通過監(jiān)控系統(tǒng)，產(chǎn)品進(jìn)行在線和離線測試，這意味著傳感器設(shè)備要么集成在生產(chǎn)線上或在生產(chǎn)線外進(jìn)行檢測。為了盡早識(shí)別缺陷產(chǎn)品，目前正在對數(shù)字孿生進(jìn)行研究，以作為更好地理解因果關(guān)系并快速調(diào)整不利的生產(chǎn)條件的一種手段，數(shù)字設(shè)備和產(chǎn)品數(shù)字孿生是在生產(chǎn)過程中通過設(shè)備內(nèi)的傳感器收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)集有助于優(yōu)化生產(chǎn)過程。例如，法國的ACC新工廠就打算引入數(shù)字孿生。在生產(chǎn)的早期階段，工藝步驟優(yōu)化得越好，最終的廢品率就越低，從而影響效率。除了降低廢品率，降低成本的同時(shí)，還要提高產(chǎn)量。這可以通過精確調(diào)整自動(dòng)化流程來實(shí)現(xiàn)。到目前為止，在經(jīng)過良好調(diào)整的生產(chǎn)線上，電池產(chǎn)率約為90%，有時(shí)會(huì)低于90%。這意味著會(huì)產(chǎn)生 "可避免的 "廢品。由于材料成本高昂，避免廢品是當(dāng)務(wù)之急，并有可能提高效率。
在工廠附近招聘熟練工人這一點(diǎn)不容小覷。隨著勞動(dòng)力短缺的加劇，對合格人才的競爭也日益激烈。在尋找合適廠址時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。在第一家工廠投產(chǎn)后不久Northvolt就宣布了一項(xiàng)快速的人員擴(kuò)充計(jì)劃。每月招聘150名員工。這意味著員工人數(shù)將最終翻兩番，從1000人增至4000 人。為了使工作場所對所需的勞動(dòng)力具有吸引力，應(yīng)要確保工作場所附近有足夠的生活空間和基礎(chǔ)設(shè)施。
就Northvolt Ett而言，在開始運(yùn)營四個(gè)月后首次向客戶交付電池。據(jù)報(bào)道，在頭六個(gè)月內(nèi)，第一條生產(chǎn)線成功啟動(dòng)。在隨后幾個(gè)月的提升階段，更多的生產(chǎn)線上線，以達(dá)到第二個(gè)建設(shè)階段60GWh/年。如前所述，在最初的爬坡階段，生產(chǎn)速度會(huì)逐漸加快。因此，我們并不假定工廠會(huì)立即達(dá)到所宣布的產(chǎn)能，而是會(huì)延遲大約一年。德國埃爾福特附近的CATL工廠宣布其產(chǎn)能為14GWh/年。但在2022年只生產(chǎn)了8GWh，然后才逐步加速生產(chǎn)。在這個(gè)加速階段，產(chǎn)量增加同時(shí)達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性。通常，工廠利用率低于100%。在85%左右時(shí)，就可以考慮擴(kuò)大生產(chǎn)，從而進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。
上述例子表明電池廠的建設(shè)過程是動(dòng)態(tài)的，必須適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展。盡管盡管面臨巨大挑戰(zhàn)，歐洲的電池生產(chǎn)正在加速。未來幾年，將有更多的工廠開始運(yùn)營并提高產(chǎn)能。因此電池的需求將從越來越多的國內(nèi)生產(chǎn)中得到滿足。
