由于歐洲計(jì)劃自給自足并為電動(dòng)汽車生產(chǎn)電池以減少對亞洲電池制造商的依賴，2017年10月，歐盟委員會(huì)副主席Maro? ?ef?ovi?創(chuàng)建了歐洲電池聯(lián)盟，并對電池研究提供政府援助，以便在促進(jìn)綠色和數(shù)字轉(zhuǎn)型的同時(shí)，加強(qiáng)歐洲在關(guān)鍵工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)域的戰(zhàn)略自主權(quán)。
7月3日，歐洲電池聯(lián)盟對外公布了歐洲電池價(jià)值鏈的短期研究和創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng)。這份200頁的文件，是歐洲著名的電池專家共同努力的結(jié)果，先后引入了557名電池技術(shù)專家，這些專家全部來自歐洲的產(chǎn)業(yè)界和研究機(jī)構(gòu)。
此次公布的短期研究和創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng)的范圍涵蓋了電池原材料的可持續(xù)加工，電池材料的分類和回收的先進(jìn)方法，用于電動(dòng)汽車的下一代電池，以及用于固定式儲(chǔ)能的先進(jìn)材料等。
以下為“儲(chǔ)能100人”獨(dú)家翻譯的譯文，僅供參考。
一、簡介和背景
近年來，歐洲已成為對抗全球變暖的領(lǐng)導(dǎo)者。為實(shí)現(xiàn)低碳目標(biāo)，歐洲聯(lián)盟為減少溫室氣體排放制定了重要指標(biāo)。在實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的同時(shí)，還采取了非常具體的行動(dòng)，例如可再生能源、智能能源系統(tǒng)和電動(dòng)汽車發(fā)展的研究和創(chuàng)新方案。
鑒于《歐洲綠色協(xié)議》所體現(xiàn)的雄心，以及推動(dòng)研究和創(chuàng)新的迫切需求，這些行動(dòng)就顯得尤為重要，能夠在新冠疫情影響下大力支持具有競爭優(yōu)勢的歐洲產(chǎn)業(yè)。電池在歐盟實(shí)現(xiàn)2030年和2050年的低碳目標(biāo)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它們與歐盟最近的主要倡議直接相關(guān)，包括通過電氣化運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)能源部門一體化，合理的能源過渡，歐盟島嶼清潔能源倡議，增強(qiáng)消費(fèi)者權(quán)能和“革新浪潮”（使建筑更智能）。
作為全球策略的一部分，歐盟委員會(huì)已認(rèn)識(shí)到發(fā)展歐洲電池行業(yè)的絕對必要性，以整合可再生能源，并創(chuàng)造出一種適合運(yùn)輸系統(tǒng)低碳目標(biāo)且具有競爭力的技術(shù)。它還承認(rèn)扶持整個(gè)價(jià)值鏈以減少對歐洲的依賴和確保供應(yīng)安全的戰(zhàn)略重要性。事實(shí)上，作為日常社會(huì)運(yùn)作中的關(guān)鍵技術(shù)，電池廣泛應(yīng)用于便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具和醫(yī)療設(shè)備，以及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備、電遷移率和固定式儲(chǔ)能。
因此，歐盟委員會(huì)副主席Maro? ?ef?ovi?于2017年10月創(chuàng)建了歐洲電池聯(lián)盟。歐盟委員會(huì)認(rèn)識(shí)到，有必要將研究、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的利益攸關(guān)方聚集在一起，討論和規(guī)劃整個(gè)電池價(jià)值鏈在研究和創(chuàng)新（短期、中期和長期）方面的戰(zhàn)略需求。
因此，歐洲電池聯(lián)盟的歐洲創(chuàng)新和技術(shù)平臺(tái)于2019年6月啟動(dòng)，作為一個(gè)開放平臺(tái)，歡迎高水平產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)專家參與。旨在加速建立具有全球競爭力的歐洲電池產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng)戰(zhàn)略能源技術(shù)計(jì)劃和《戰(zhàn)略運(yùn)輸研發(fā)與創(chuàng)新議程》的電池相關(guān)研究與創(chuàng)新行動(dòng)的實(shí)施。
該平臺(tái)旨在創(chuàng)建《歐洲戰(zhàn)略研發(fā)創(chuàng)新議程》以及涵蓋電池價(jià)值鏈所有部分的相應(yīng)研究藍(lán)圖，并創(chuàng)建一個(gè)論壇，討論跨領(lǐng)域的主題，如教育和技能、可持續(xù)性以及安全和數(shù)字化在電池技術(shù)中的作用。此外，歐洲電池聯(lián)盟組建了一個(gè)國家和區(qū)域協(xié)調(diào)小組，該小組為成員國和相關(guān)國家提供了一個(gè)交流與合作論壇，減少了重復(fù)性的研究工作，并加強(qiáng)了協(xié)作。
二、研究創(chuàng)新主題開發(fā)
最近，歐洲電池聯(lián)盟確定了整個(gè)電池價(jià)值鏈的短期研究創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng)。該文件提供了關(guān)鍵主題的簡要概述，是貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的長期和全面的利益相關(guān)者協(xié)商過程的結(jié)果，以便為決策者和供資當(dāng)局確定短期研究創(chuàng)新戰(zhàn)略指導(dǎo)。
歐洲電池聯(lián)盟專題工作組為本文件作出巨大貢獻(xiàn)，這些工作組由來自行業(yè)、研究和協(xié)會(huì)的代表電池生態(tài)系統(tǒng)的專家組成，為制定綜合研究和創(chuàng)新藍(lán)圖提供了愿景和指導(dǎo)。專家們分為六個(gè)工作組，分別代表電池價(jià)值鏈中具有戰(zhàn)略重要性的六個(gè)部分：
?工作組1-新興技術(shù)
?工作組2-原材料以及回收
?工作組3-先進(jìn)材料
?工作組4-電池設(shè)計(jì)和制造
?工作組5-應(yīng)用和集成：電動(dòng)交通
?工作組6-應(yīng)用和集成：固定式儲(chǔ)能
2019年11月，各專題工作組應(yīng)要求開始編寫他們認(rèn)為最重要的研究和創(chuàng)新主題的說明和優(yōu)先次序。工作組主席和聯(lián)合主席推動(dòng)了這一自下而上的進(jìn)程，在這一進(jìn)程中，工作組所有專家在一系列面對面的會(huì)議上都有可能作出貢獻(xiàn)并提出自己的想法。隨后是合并，在某些情況下，將重疊的主題合并。在達(dá)成一致意見后，每個(gè)小組貢獻(xiàn)了3到6個(gè)主要研究主題，這些主題考慮到了具體的挑戰(zhàn)、范圍、預(yù)期影響和關(guān)鍵績效指標(biāo)。一些工作組還提出了一些其他主題，它們認(rèn)為這些專題很重要，即使沒有列為優(yōu)先。
該文件涵蓋了在歐洲工作的557名電池技術(shù)專家的累積工作成果。共詳細(xì)闡述了30個(gè)跨越電池價(jià)值鏈的研究創(chuàng)新主題。所有這些主題都是最優(yōu)先和必要的，有助于構(gòu)建具有競爭力的知識(shí)庫，發(fā)展知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及歐洲發(fā)展和擴(kuò)大市場過程中所需的受過良好教育的勞動(dòng)力。
該文件將為Horizon Europe下一個(gè)研究計(jì)劃的討論提供基礎(chǔ)，該計(jì)劃將與業(yè)界合作進(jìn)行。由于預(yù)算限制，專門涉及電池技術(shù)的工作計(jì)劃并沒有涵蓋所有主題。如果這些主題在Horizon Europe特定的電池保障系統(tǒng)中沒有涉及，其將被提議給其他資助機(jī)構(gòu)，如國家和雙邊計(jì)劃。一些主題可能適用于Horizon Europe資助機(jī)構(gòu)的其他領(lǐng)域，如歐洲研究理事會(huì)或歐洲創(chuàng)新理事會(huì)。通過歐洲區(qū)域發(fā)展基金，以及在復(fù)蘇計(jì)劃下創(chuàng)建的新的資金工具，也有很多實(shí)施研究創(chuàng)新項(xiàng)目的可能性：“修復(fù)，為下一代做準(zhǔn)備”。
最后，有關(guān)電池研究的大量研究創(chuàng)新資金將由歐洲共同利益重要項(xiàng)目提供。
本報(bào)告簡要概述了整個(gè)研究創(chuàng)新文件中列出的主要主題，這些主題可分為七大方面。
1.從可持續(xù)采購到確保原材料供應(yīng)
歐洲在安全經(jīng)濟(jì)地獲得電池所需的關(guān)鍵原材料方面正面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。
目前，歐洲的電池原料提取和加工水平很低。對于鋰而言，歐洲確實(shí)存在硬巖礦項(xiàng)目，目前計(jì)劃總?cè)萘肯喈?dāng)于2027年全球預(yù)計(jì)需求的10%左右。就電池用鈷和鎳而言，在歐洲，一家芬蘭礦在未來幾年內(nèi)的礦山生產(chǎn)量預(yù)計(jì)為1,900噸和56,000噸。歐洲是初生硅生產(chǎn)大國，同時(shí)也生產(chǎn)天然和合成石墨，但其產(chǎn)量不能滿足巨大的需求量。
有必要利用未開發(fā)的歐洲礦藏、提高回收產(chǎn)品的產(chǎn)量和純度、減少加工步驟和尾礦體積，而這些需要進(jìn)行大量的研究工作才能實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，必須大幅減少能源消耗和原材料加工的二氧化碳排放，以實(shí)現(xiàn)電池材料的可持續(xù)生產(chǎn)和加工。
為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，歐洲電池聯(lián)盟將電池原材料可持續(xù)加工列為優(yōu)先事項(xiàng)。其目的是開發(fā)電池原料的提取和加工技術(shù)。尤其（但不完全）針對鋰、鎳、鈷和石墨這幾種目標(biāo)原料。由于歐洲已經(jīng)存在多種電池原材料方面的設(shè)備工藝，優(yōu)化和整合加工方案的需求日益增加以向歐洲電池制造商供應(yīng)可持續(xù)原材料。
鋰：應(yīng)從硬巖鋰礦床礦物學(xué)角度進(jìn)行研究創(chuàng)新，以預(yù)知如何更好地理解和處理礦物組合。除了副產(chǎn)品采集之外，還需要使用水和能源有意識(shí)加工的方法，最大限度地減少尾礦和脈石的產(chǎn)生。在鋰加工機(jī)組和（或）礦場附近提供可隨時(shí)投入使用的可再生能源非常重要。因歐洲有一些自己的尚未利用的資源，應(yīng)優(yōu)先加工鋰礦產(chǎn)。
鎳和鈷：目前，需要從級(jí)別低但挑戰(zhàn)性高的物質(zhì)流中回收鎳和鈷，但對這些物質(zhì)流進(jìn)行加工處理并不劃算。開發(fā)針對這些高要求物質(zhì)流的新技術(shù)可有效拓寬歐洲的金屬利用基礎(chǔ)。產(chǎn)品純度將得到提高，以滿足電池應(yīng)用需求。石墨：鑒于該地區(qū)天然石墨的供應(yīng)有限，一旦攻克關(guān)鍵挑戰(zhàn)，合成石墨將是歐洲可持續(xù)生產(chǎn)的最佳替代品。
首先，必須改進(jìn)基于石油焦的現(xiàn)有工藝流程以提高電池級(jí)材料的產(chǎn)量和性能，同時(shí)降低能源強(qiáng)度（以及此類特定CO2排放）和環(huán)境污染物排放。
其次，應(yīng)開發(fā)回收的陽極材料的利用、歐盟可用的碳選項(xiàng)（如歐盟可用天然石墨質(zhì)量）以及作為合成石墨原料的陽極材料副產(chǎn)品。作為一種長期選擇，應(yīng)開發(fā)替代石油焦的生物碳，以確保長期可持續(xù)供應(yīng)。
2.探索先進(jìn)材料在移動(dòng)型和定置型應(yīng)用中提高儲(chǔ)能性能的潛能
為減少溫室氣體（GHG）的排放及其對氣候的負(fù)面影響，脫碳是當(dāng)今社會(huì)的一項(xiàng)重要任務(wù)。在整個(gè)歐洲，交通運(yùn)輸產(chǎn)生的二氧化碳排放總量幾乎占?xì)W洲的25%。為了減少交通運(yùn)輸產(chǎn)生的溫室氣體，必須增加電動(dòng)汽車（EV）的市場份額。鋰離子電池（LIBs）是實(shí)現(xiàn)電遷移的關(guān)鍵技術(shù)，在歐洲建立一個(gè)具有競爭力的電池價(jià)值鏈?zhǔn)钱?dāng)務(wù)之急。
移動(dòng)型交通工具專用3B代鋰離子電池
為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車，尤其是純電池電動(dòng)汽車（BEV）的高度市場擴(kuò)散，增加行駛里程、延長循環(huán)壽命同時(shí)縮短充電時(shí)間是最為重要的，同樣重要的還有致力于降低生產(chǎn)成本同時(shí)改善電池組件可持續(xù)性并因此分別改善電池組和材料的可持續(xù)性的開發(fā)。
為此，歐洲將需要投資和開展針對移動(dòng)型交通工具的先進(jìn)鋰離子電池的研究，如高電壓高容量的3B代固態(tài)鋰電池以及采用常規(guī)材料但也基于鋰金屬的陽極電池（4A代和4B代）。因此，用于高電壓移動(dòng)型交通工具的3B代鋰離子電池課題解決了這些挑戰(zhàn)，其目的是達(dá)到更高的能量密度、開發(fā)高電壓（HV）正極材料同時(shí)避免或顯著減少諸如鈷的關(guān)鍵和/或高成本元素的含量。
另一方面，用于高電移動(dòng)型交通工具的3B代鋰離子電池課題具有將當(dāng)前用于電動(dòng)汽車的鋰離子電池的能量密度和產(chǎn)能提高到接近其基本極限的施展余地。要實(shí)現(xiàn)如此顯著的性能提升，必須開發(fā)包括陰極、陽極、粘結(jié)劑、隔板、電解液、集流劑和包裝材料在內(nèi)的先進(jìn)材料，使新型鋰離子電池成為可能，重點(diǎn)是3B代高容量鋰離子電池。
移動(dòng)型交通工具專用4A代及4B代鋰離子電池
隨著市場上插電式混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車越來越多，電動(dòng)汽車的推廣已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。這是鋰離子電池成功發(fā)展的結(jié)果，而因電池電壓和快速充電率的提高趨勢，液體電解質(zhì)出現(xiàn)了安全問題，這就要求以具有更好的內(nèi)在熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性的固態(tài)電解質(zhì)取代易燃電解質(zhì)。
其最大挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池快速充電，提高功率密度而不降低循環(huán)性、能量密度以及已被提升的安全性。這將意味著通過傳統(tǒng)化學(xué)物質(zhì)設(shè)計(jì)出符合固態(tài)概念的新材料。移動(dòng)型交通工具專用4A代鋰離子電池（傳統(tǒng)材料固態(tài)）課題旨在優(yōu)化固態(tài)蓄電池組和其組件，開發(fā)低直流電阻（DCR）活性材料，降低陽極厚度，開發(fā)具有高離子電導(dǎo)率的薄固體電解質(zhì)，制造新型固體電解質(zhì)夾層，改進(jìn)界面設(shè)計(jì)以確保高效的電荷轉(zhuǎn)移和電化學(xué)穩(wěn)定性，以及提高電池機(jī)械穩(wěn)定性。
考慮到全球競爭，對更高技術(shù)的追逐也意味著需要更好的動(dòng)力電池技術(shù)作為關(guān)鍵的使能技術(shù)，由此改進(jìn)的鋰離子電池預(yù)計(jì)在未來幾十年仍將是主要的選擇。歐洲必須從如今由非歐洲國家主導(dǎo)的市場上恢復(fù)其競爭力。這一點(diǎn)可以通過開發(fā)一種新的由歐洲擁有的電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)型交通工具專用4B代鋰離子（具有鋰金屬基陽極的固態(tài)）電池課題解決了新材料和/或化學(xué)品的開發(fā)，提高了電池的能量密度和安全性，使之超越汽車電池的先進(jìn)水平。開發(fā)新技術(shù)，使鋰金屬具有界面控制系統(tǒng)。
鈉離子（Na-ion）固定式蓄電池組
近幾十年來，隨著現(xiàn)代社會(huì)對能源需求的不斷增加和各種可再生能源在電力生產(chǎn)中所占份額的不斷提高，固定式儲(chǔ)能已經(jīng)成為全球日益關(guān)注的問題。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用在提供電網(wǎng)支持、本地負(fù)荷調(diào)峰和優(yōu)化本地可再生能源開發(fā)方面受到越來越多的關(guān)注。
如前所述，鋰離子電池已經(jīng)征服了便攜式電子市場，并且，目前是電動(dòng)汽車供能的主要備選。然而，就家用和電網(wǎng)應(yīng)用而言，高成本、稀缺性以及對高溫極端敏感、過度充電等技術(shù)制約是其主要缺點(diǎn)。這便為其他電化學(xué)儲(chǔ)能解決方案制造了機(jī)會(huì)。
在對不同技術(shù)方案進(jìn)行深入評(píng)估之后，歐洲電池聯(lián)盟將發(fā)展家用鈉離子（Na-ion）固定式蓄電池組定為戰(zhàn)略課題。下一代鈉離子電池的發(fā)展提供了一個(gè)多學(xué)科/跨學(xué)科的方法，該方法需要考慮到從材料（陰極、陽極、電解質(zhì)）的合成和表征到將其集成到新型鈉離子袋電池中的諸多措施。我們的目標(biāo)是開發(fā)出一種比目前商用電池性能更高、成本更低的電池，達(dá)到工業(yè)化前的袋狀電池原型水平，以供國內(nèi)應(yīng)用。所開發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)免于維護(hù)，并且對環(huán)境友好。
液流固定式蓄電池組
歐洲需要額外的能源儲(chǔ)存，以確?？稍偕茉吹拇笠?guī)模滲透。液流電池（RFB）因其在存儲(chǔ)容量和功率之間的可擴(kuò)展性、響應(yīng)時(shí)間短、良好的循環(huán)能力和較長的放電時(shí)間而顯示出可再生能源管理的潛力。然而，目前使用的氧化還原流電池成本相對較高。因此，通過與各種創(chuàng)新相結(jié)合，利用先進(jìn)的材料來降低成本和提高可持續(xù)性成為挑戰(zhàn)。應(yīng)用于公用事業(yè)級(jí)別的氧化還原液流固定式蓄電池組旨在開發(fā)和驗(yàn)證基于新材料（新設(shè)計(jì)、部件、氧化還原電對和電解質(zhì)）的新型氧化還原流電池，此類電池具有更高的價(jià)格競爭力、環(huán)境可持續(xù)性、更高的能量/功率密度和更大的耐用性。
3.使歐洲成為電池制造的領(lǐng)導(dǎo)者
電極和電池元件生產(chǎn)的可持續(xù)加工
電池開發(fā)的一個(gè)最關(guān)鍵的方面是電池組件和蓄電池的制造，歐洲需要這一方面的能力和領(lǐng)先世界的知識(shí)庫。2014年至2019年間，只有一次EU Horizon會(huì)議將電池制造作為重點(diǎn)。環(huán)境可持續(xù)和成本效益高的制造業(yè)對于賦予歐洲競爭優(yōu)勢至關(guān)重要。其應(yīng)用于電極和電池元件制造的環(huán)境可持續(xù)加工技術(shù)的議題提出了完全不使用有機(jī)溶劑作為漿料分散介質(zhì)的電極涂布技術(shù)。為了降低生產(chǎn)成本，提高電池性能，最終提高效率和更好的循環(huán)壽命，將開發(fā)先進(jìn)的高固含量涂層或完全干法涂層技術(shù)。
智能電極和電池生產(chǎn)設(shè)備
目前以亞洲為全球制造中心的電池市場競爭激烈。然而，隨著歐洲準(zhǔn)備大規(guī)模本土生產(chǎn)，可改變游戲規(guī)則的制造設(shè)備將是確保可持續(xù)性和競爭力的關(guān)鍵。成功開發(fā)電池制造設(shè)備的重要方面包括最大限度地降低能源消耗、消除空氣和水污染，以及減少報(bào)廢的智能控制過程的集成，從而降低生產(chǎn)過程的成本和環(huán)境影響。此外，這種設(shè)備必須以非常高的生產(chǎn)率水平運(yùn)行，同時(shí)納入智能質(zhì)量控制系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，應(yīng)努力促進(jìn)資源高效利用以及改進(jìn)智能化電極和電池生產(chǎn)設(shè)備。該領(lǐng)域的進(jìn)一步要求是在電池設(shè)計(jì)開發(fā)和優(yōu)化方面的數(shù)字化，包括退化模型和大規(guī)模數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測試。蓄電池組生產(chǎn)線沿線的開發(fā)、分析和數(shù)字孿生的實(shí)施因其提供了一面虛擬鏡子，可以對生產(chǎn)過程的變化進(jìn)行虛擬的實(shí)時(shí)測試從而提高可持續(xù)性和降低成本，就此可能改變游戲規(guī)則。資源高效利用和智能電極和電池生產(chǎn)設(shè)備課題解決了這個(gè)問題。
蓄電池組生產(chǎn)線的數(shù)字孿生開發(fā)
數(shù)字化和智能電池設(shè)計(jì)程序結(jié)合大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的利用，將幫助歐盟在鋰離子電池的世界市場上拓展出強(qiáng)有力的地位。為此，需要將重點(diǎn)放在結(jié)合數(shù)字化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法和人工智能方法的設(shè)計(jì)過程優(yōu)化上。
為了提高電池制造的競爭力，優(yōu)化需要設(shè)計(jì)的資源、優(yōu)化和生產(chǎn)電池組是非常重要的，為此需要對生產(chǎn)線進(jìn)行分析。因此，電池制造需要利用高性能的計(jì)算工具。數(shù)字孿生可以向整個(gè)生產(chǎn)流程鏈和工廠提供一個(gè)虛擬鏡像，它是信息物理系統(tǒng)（工業(yè)4.0）的基礎(chǔ)。數(shù)字孿生預(yù)測工藝鏈設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率的工藝參數(shù)、成本、CO2排放以及材料結(jié)構(gòu)和電池質(zhì)量的影響。
這些預(yù)測數(shù)據(jù)用于優(yōu)化工藝鏈設(shè)計(jì)和最佳工藝參數(shù)設(shè)置，并能夠適用生產(chǎn)實(shí)時(shí)控制的特定要求，回答假設(shè)問題和減少制造過程中的試錯(cuò)方法。因此，使用數(shù)字孿生將增加競爭力和可持續(xù)性，減少過程優(yōu)化期間的設(shè)計(jì)、開發(fā)和測試時(shí)間，從而提高工廠效率。蓄電池組生產(chǎn)線沿線的數(shù)字孿生分析與實(shí)現(xiàn)這一課題正聚焦于此。
電池制造工廠價(jià)值鏈整合
在私營部門和公共部門的努力推動(dòng)下，歐洲通過在成員國建立自己的蓄電池組制造能力，逐步強(qiáng)化其電池制造業(yè)價(jià)值鏈。然而，在采購工藝設(shè)備時(shí)，制造商在很大程度上仍然依賴于亞洲供應(yīng)鏈。歐洲的機(jī)械和設(shè)備工程公司提供了創(chuàng)新的工藝設(shè)備，但這通常尚未在大規(guī)模的生產(chǎn)線上實(shí)施。要想取得成功，將歐洲用于電池工藝設(shè)備的供應(yīng)鏈水平整合到不斷增長的大規(guī)模蓄電池組生產(chǎn)中是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。
因此，歐洲電池聯(lián)盟認(rèn)為有必要縮小（i）工業(yè)規(guī)模的電池制造和（iia）電池工藝設(shè)備公司，（iib）材料和其他工業(yè)部門之間的差距，這些部門可能會(huì)受益于與電池制造相結(jié)合的行業(yè)（如電網(wǎng)電力或材料供應(yīng)商），正如主題中提到的，電池制造工廠價(jià)值鏈的整合——從電池工藝設(shè)備的升級(jí)和創(chuàng)新，到節(jié)能材料和能量流生態(tài)系統(tǒng)的整合。更具體地說，該提議的主題提出了一項(xiàng)旨在促進(jìn)該網(wǎng)絡(luò)中更深層次協(xié)作的協(xié)調(diào)支持行動(dòng)（CSA），為歐洲電池價(jià)值鏈的競爭力提供了重要要素。
4.流動(dòng)化
總體而言，交通運(yùn)輸，尤其是汽車行業(yè)，將主導(dǎo)中期蓄電池組需求的增長，正如今天的情況一樣。得益于顯著的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，這將在降低成本方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，要滿足未來歐洲運(yùn)輸業(yè)的技術(shù)需求，還面臨許多挑戰(zhàn)。
電池模塊和電池組的設(shè)計(jì)和制造
歐洲電池聯(lián)盟將電池模塊和電池組的設(shè)計(jì)和制造視為短期內(nèi)需要解決的問題。事實(shí)上，模塊化設(shè)計(jì)的包裝可用于多種移動(dòng)應(yīng)用?？紤]從生產(chǎn)到維護(hù)、修理、拆卸和回收的過程，模塊和包裝的生態(tài)設(shè)計(jì)也變得越來越重要。
歐洲需要以環(huán)境可持續(xù)性，模塊標(biāo)準(zhǔn)化，低成本維護(hù)設(shè)計(jì)和自動(dòng)化制造流程為目標(biāo)，并輔以不同的模擬方法（包括數(shù)字孿生）。主題A系統(tǒng)方法：電池模塊和電池組的設(shè)計(jì)和制造旨在定義創(chuàng)新設(shè)計(jì)（優(yōu)化機(jī)械和電氣設(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)還要考慮可持續(xù)性，如可回收性和碳足跡
熱管理性能
熱管理是未來電氣化運(yùn)輸驗(yàn)收的一個(gè)重要方面，特別是考慮到快速充電。它為電池系統(tǒng)的安全性和可靠性提供保障，這對于電動(dòng)汽車的普遍接受和突破也具有決定性作用。歐洲電池聯(lián)盟提出了“先進(jìn)熱管理性能”這一主題，目的是在降低成本（以及相關(guān)體積和/或重量）的同時(shí)，改進(jìn)熱管理，并提高電池系統(tǒng)的效率、可靠性、使用壽命和安全性。
先進(jìn)的電池管理可優(yōu)化電池利用率
汽車應(yīng)用中使用的緊湊、高能量密度的蓄電池組、模塊和蓄電池非常復(fù)雜，如果控制不當(dāng)，可能會(huì)造成危險(xiǎn)。為了解決這些問題，開發(fā)更先進(jìn)的電池管理是確保優(yōu)化電池利用率的一種方法。事實(shí)上，安全、實(shí)時(shí)、基于數(shù)據(jù)的電池管理將確保優(yōu)化并安全使用所有操作模式?！皟?yōu)化電池利用率的先進(jìn)電池管理”這一主題旨在開發(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的優(yōu)化和安全使用，并為“二次生命周期”提供準(zhǔn)確分類。
用于開發(fā)、制造工藝和電池管理的電池模塊和電池組的數(shù)字孿生
用于移動(dòng)應(yīng)用的電池模塊和電池組的開發(fā)和生產(chǎn)基于實(shí)驗(yàn)知識(shí)和大量試驗(yàn)。在開發(fā)和生產(chǎn)過程中，為了降低成本、加快開發(fā)過程、提高電池模塊和電池組的可靠性，有必要使用數(shù)字孿生來展示真實(shí)的物理產(chǎn)品，并模擬制造工藝和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
因此，歐洲電池聯(lián)盟提出了用于開發(fā)、制造工藝和電池管理的電池模塊和電池組的數(shù)字孿生主題。這一主題解決了數(shù)字孿生模型的開發(fā)和發(fā)展，以展示真實(shí)的物理產(chǎn)品，并模擬制造工藝和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這將加快開發(fā)進(jìn)程，并在開發(fā)和生產(chǎn)過程中提高電池模塊和電池組的可靠性。
電池安全性、性能、可靠性和使用壽命的評(píng)估方法和工具
現(xiàn)有的評(píng)估電池安全性、性能、可靠性和使用壽命的方法和工具通常既耗時(shí)又昂貴（例如，目前僅通過對樣品電池進(jìn)行破壞性/濫用性測試來評(píng)估電池安全性）。這些方法在測試樣品和測試基礎(chǔ)設(shè)施方面都很昂貴，而且無法在生產(chǎn)階段結(jié)束時(shí)或電池使用壽命后期以高通量方式評(píng)估工業(yè)電池組。
此外，目前執(zhí)行的電池級(jí)評(píng)估通常不夠詳細(xì)，無法預(yù)測電池組級(jí)的性能、安全性、耐用性和可靠性。因此，評(píng)估電池安全性、性能、可靠性和使用壽命的新方法和新工具成為一個(gè)重要課題。相關(guān)的研究創(chuàng)新應(yīng)基于各種技術(shù)，如特征描述、虛擬和現(xiàn)場測試、模擬或這些技術(shù)的組合，來定義新的方法和工具，以便跨行業(yè)驗(yàn)證。主要目標(biāo)應(yīng)該是大幅降低電池評(píng)估的成本（至少20%-30%)和/或持續(xù)時(shí)間（至少20%-30%)，并提高其質(zhì)量。
5.支持部署固定式儲(chǔ)能和整合電動(dòng)交通
固定式電儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全要求
擴(kuò)展電能存儲(chǔ)系統(tǒng)的重要先決條件是其在整個(gè)價(jià)值鏈中經(jīng)過驗(yàn)證的安全性。到目前為止，這一問題還未得到充分解決。安全措施存在于從材料層到電池層的不同層次上，也存在于從便攜式設(shè)備到電動(dòng)汽車的各種存儲(chǔ)應(yīng)用的應(yīng)用層次上。然而，對于固定的EES應(yīng)用，在很大程度上仍然缺少標(biāo)準(zhǔn)。
為了提高電化學(xué)儲(chǔ)能（EES）固定系統(tǒng)（如大型高能量儲(chǔ)能電站）中的應(yīng)用，安全性是關(guān)鍵。固定式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)的安全要求旨在通過研究創(chuàng)新識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)和最低安全要求，考慮其特定條件，如電網(wǎng)接口、建筑物、救援系統(tǒng)等。了解安全狀態(tài)將有助于提高固定式EES應(yīng)用的整體安全性，從而為大規(guī)模重復(fù)使用電池（二次生命周期）開辟這些領(lǐng)域。歐洲必須引領(lǐng)新型儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全挑戰(zhàn)，以促進(jìn)更可靠的部署并防止不合規(guī)解決方案進(jìn)入市場。
開放式電池管理系統(tǒng)
先進(jìn)的電池存儲(chǔ)系統(tǒng)將在未來能源領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。它們將允許太陽能和風(fēng)能資源的持續(xù)使用，支持工業(yè)4.0的利用，并促進(jìn)專用于工業(yè)或私人家庭的小型機(jī)器人設(shè)備的開發(fā)。當(dāng)前電池存儲(chǔ)系統(tǒng)面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是，由于電池的電化學(xué)降解，其壽命狀態(tài)（包括健康狀態(tài)、功能狀態(tài)和安全方面）會(huì)隨著時(shí)間和使用時(shí)間的延長而降低。這種壽命狀態(tài)需要通過電池管理系統(tǒng)（BMS）進(jìn)行估算。在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)（HESS）中，將多個(gè)電池組合起來作為一個(gè)單電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS），了解電池壽命狀態(tài)對于利用化學(xué)物質(zhì)的協(xié)同作用至關(guān)重要。挑戰(zhàn)在于建立標(biāo)準(zhǔn)程序以確定系統(tǒng)的生命狀態(tài)指標(biāo)。
此外，第三方必須有權(quán)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。使用標(biāo)準(zhǔn)程序確定電池壽命狀態(tài)的開放存取電池管理系統(tǒng)主題建議開發(fā)可延長電池使用壽命的解決方案，并演示診斷和預(yù)測電池系統(tǒng)壽命狀態(tài)的無差別方法。例如，可以通過具有實(shí)時(shí)算法和創(chuàng)新儀器的先進(jìn)BMS，以及使用歷史數(shù)據(jù)且得益于高計(jì)算能力的離線解決方案來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
固定式電池儲(chǔ)能的互操作性
互操作性和多服務(wù)操作是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)于其他競爭性儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵支柱。這對電動(dòng)汽車的使用靈活性也很重要。將互操作性與適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)模型和技術(shù)解決方案相結(jié)合，需要成為BESS、混合儲(chǔ)能系統(tǒng)（HESS）和電動(dòng)汽車開發(fā)的一部分，以實(shí)現(xiàn)多服務(wù)靈活性。
主題為促進(jìn)多服務(wù)靈活性、混合解決方案和電動(dòng)汽車發(fā)展的固定式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的互操作性建議開發(fā)技術(shù)，通過在設(shè)備和系統(tǒng)之間對齊來自公用事業(yè)和ICT領(lǐng)域的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)互操作性和無縫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享，從而在互操作性環(huán)境中實(shí)現(xiàn)BESS和電動(dòng)汽車靈活性的無縫利用和貨幣化，從而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的BESS和電動(dòng)汽車服務(wù)。
用于中長期存儲(chǔ)的電池能量系統(tǒng)
如綠色協(xié)議中所述，為了促進(jìn)到2050年歐洲大陸向零排放能源系統(tǒng)的過渡，提供具有成本效益、可靠和可持續(xù)的儲(chǔ)能至關(guān)重要。有必要開發(fā)適合各種用途的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS），以促進(jìn)一系列服務(wù)。此外，需要開發(fā)的不僅僅是電池，而是整個(gè)系統(tǒng)及其電子部件、管理系統(tǒng)和高級(jí)軟件，這些都是獲得最終可銷售解決方案所必需的。
中長期儲(chǔ)能電池能源系統(tǒng)主題解決了開發(fā)和演示用于長期儲(chǔ)能（10小時(shí)以上）的現(xiàn)實(shí)生活大規(guī)模解決方案的必要性，這將對不可編程和間歇性風(fēng)能和光伏綠色能源的滲透產(chǎn)生積極影響。對于歐洲公司來說，每日峰值轉(zhuǎn)移是一個(gè)巨大的商機(jī)，它們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，無論是在化學(xué)還是系統(tǒng)層面，在與擁有專有技術(shù)的世界其他地區(qū)的競爭中存在差距。電網(wǎng)支持、負(fù)荷轉(zhuǎn)移和套利市場充分證明了支持歐洲解決方案提供商的努力。
儲(chǔ)能與直流微電網(wǎng)體系架構(gòu)
在固定式儲(chǔ)能、負(fù)載和存儲(chǔ)設(shè)備以及電動(dòng)汽車的背景下，由于直流可再生能源的滲透率顯著提高，直流微電網(wǎng)概念引起了越來越多的關(guān)注。除了簡單化之外，由于需要更少的轉(zhuǎn)換器和其他元件，直流微電網(wǎng)在降低能耗和成本同時(shí)，簡化了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
由于直流微網(wǎng)技術(shù)的顯著優(yōu)勢，以及在存儲(chǔ)系統(tǒng)開發(fā)方面的靈活性和混合性，其在LCOS的改進(jìn)方面被寄予很高的期望。存儲(chǔ)和直流微電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和專用電子設(shè)備主題側(cè)重于為減少電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）的安裝成本所必需的基本開發(fā)。目前，電子設(shè)備和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的高初始成本（CAPEX）和復(fù)雜性已被確定為BESS集成的主要阻礙因素，盡管其可以獲得許多功能和長期利益。解決這一問題以增加可再生能源的使用至關(guān)重要。
梯次電池的建模和標(biāo)準(zhǔn)化
估計(jì)到2025年將有29GWh 的梯次電動(dòng)汽車電池可用。其中，近三分之一可能用于梯次電池的固定存儲(chǔ)（10GWh），到2025年，累計(jì)儲(chǔ)存總量將達(dá)到26GWh。將梯次電池用于固定式儲(chǔ)能可以帶來一系列效益，包括由于延長使用壽命而大大減少電池的碳足跡。
然而，在廣泛使用梯次電池之前，需要在評(píng)估方法、修復(fù)和電池管理方面取得重大進(jìn)展。用于固定存儲(chǔ)的梯次電動(dòng)汽車電池的建模和標(biāo)準(zhǔn)化主題解決了這些發(fā)展問題。通過開發(fā)技術(shù)和機(jī)制（如評(píng)估，修復(fù)和優(yōu)化BMS），可以可靠、安全和可持續(xù)地使用梯次電池，電池的生命周期評(píng)估有望得到顯著改善應(yīng)當(dāng)看到，由于使用壽命至少延長了50％，電池的溫室氣體排放量和碳足跡會(huì)大幅下降。歐洲必須對市場上出售的儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命終止采取行動(dòng)和監(jiān)測工具。在梯次生命周期場景中，了解電池的價(jià)值或成本是一項(xiàng)義務(wù)，而不解決這個(gè)問題可能會(huì)帶來無法估量的環(huán)境成本。
6.電池材料回收
隨著電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的鋰離子電池進(jìn)入歐洲市場。在未來10年內(nèi)，大量電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)有望達(dá)到使用壽命（EoL）。
電池材料全回收
處理報(bào)廢電池流需要在整個(gè)歐盟范圍內(nèi)開發(fā)一套統(tǒng)一的電池處理系統(tǒng)。因此，處理EoL鋰離子電池的收集、處理、分類和拆解是將材料重新納入電池價(jià)值鏈并確保適當(dāng)回收的首個(gè)必要步驟。
應(yīng)開發(fā)更環(huán)保的工藝，以盡量減少能源、水和化學(xué)品的消耗，以及回收化學(xué)品，并盡量減少接觸有害物質(zhì)。提高電池材料的全回收的目標(biāo)是創(chuàng)建可行的整體回收流程，以有效利用未來10年內(nèi)達(dá)到報(bào)廢水平的大量電動(dòng)汽車電池廢料以及生產(chǎn)前廢料。其目的是建立回收過程，最大限度地回收這些二次原料中所包含的資源（單元素/材料的高回收率，以及材料的總回收率）。
收集、逆向物流、拆解和分類
整個(gè)歐洲鋰離子電池價(jià)值鏈的流程非常多樣化?；钚圆牧系姆N類、尺寸、形狀、連接方式和化學(xué)成分種類繁多，很難以最大的回收率和最小的CO2足跡對其進(jìn)行有效處理。除其他外，可以通過在專家診斷和評(píng)估健康狀況后將部分流程重新定向到二次生命周期應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。因此，分類技術(shù)是另一個(gè)有待進(jìn)一步發(fā)展的領(lǐng)域。
所有回收階段中的安全問題也應(yīng)予以適當(dāng)注意。在報(bào)廢車輛的回收站和經(jīng)授權(quán)的處理設(shè)施中，回收的EoL電池的狀態(tài)通常是未知的。在承受電負(fù)荷時(shí)，應(yīng)考慮到觸電的危險(xiǎn)。當(dāng)電池發(fā)生短路或焊接/接頭損壞時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)。這些會(huì)引起不受控制的熱量釋放，從而引發(fā)連鎖反應(yīng)（熱失控），電解液和電池內(nèi)部有機(jī)化合物的分解和蒸發(fā)，甚至導(dǎo)致燃燒速度加快，最終導(dǎo)致爆炸并釋放出有毒氣體。在處理來自電動(dòng)汽車或儲(chǔ)能應(yīng)用的高能電池時(shí)，這些危險(xiǎn)尤為顯著。
收集、逆向物流、拆解和分揀是指開發(fā)綜合技術(shù)，在不斷增長的電池流最終進(jìn)入回收過程之前，對其進(jìn)行安全有效的處理。創(chuàng)建用于健康狀況（SoH）評(píng)估和分類的方法和技術(shù)（在可能的情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化），以便將具有潛在危險(xiǎn)的電池與可重復(fù)使用或用于二次應(yīng)用的電池分開。
7.培育新興技術(shù)
歐洲電池聯(lián)盟認(rèn)為，重要的是不僅要建立具有競爭力的歐盟電池產(chǎn)業(yè)，而且要長期保持競爭力。因此，現(xiàn)如今的部分研究經(jīng)費(fèi)應(yīng)用于長期目標(biāo)。
多價(jià)電池
在有望提供高能量和功率密度同時(shí)又是綠色、廉價(jià)和安全的新興儲(chǔ)能技術(shù)中，新型多價(jià)（鈣、鎂、鋁等）電池具有重要作用，需要加以探索和開發(fā)。陽離子的多價(jià)性帶來了額外的困難，但由于每個(gè)陽離子提供了一個(gè)以上的電子，因此有希望獲得更高的能量密度，并有望使用金屬陽極，此外，由于使用了更豐富的材料而降低了成本。多價(jià)電池解決了綠色和可持續(xù)多價(jià)電池概念的發(fā)展。這些基于鈣、鎂、鋁等豐富的多價(jià)陽極的新型儲(chǔ)能技術(shù)，有望在實(shí)現(xiàn)綠色、廉價(jià)和安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高能量和功率密度。
非常規(guī)氧化還原液流電池
為了推動(dòng)以具有競爭力的能源價(jià)格（€/kWh）引進(jìn)與可再生能源相結(jié)合的儲(chǔ)能系統(tǒng)，歐洲需要突破性的技術(shù)。歐洲電池聯(lián)盟認(rèn)為，可持續(xù)的非傳統(tǒng)氧化還原液流電池的建模，新的電池化學(xué)和新的電池設(shè)計(jì)代表著朝這個(gè)方向邁出的一步。非常規(guī)氧化還原液流電池：建模、新的可持續(xù)電池化學(xué)和電池設(shè)計(jì)旨在開發(fā)電化學(xué)模型以進(jìn)行仿真，并輔以實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而能夠以更快，更便宜的方式發(fā)現(xiàn)最有希望的氧化還原電對。這將有助于尋找和選擇分子作為氧化還原液流電池的陰極和陽極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，從而能夠更快地開發(fā)高能量密度、低價(jià)、可持續(xù)和更安全的系統(tǒng)。
水系電池
基于同樣的理由，歐洲電池聯(lián)盟建議探索低成本、安全先進(jìn)的水系電池用于儲(chǔ)能。它們在安全性、成本和可持續(xù)性方面的固有特性可能是未來幾年歐洲電池價(jià)值鏈的一個(gè)顯著優(yōu)勢。該主題將探討由于其低成本、可持續(xù)性和安全性方面的固有特性而在儲(chǔ)能方面特別受關(guān)注的可充電水電池。新型水電池由于具有較高的離子電導(dǎo)率，可以在較高的往充放效率下提供快速充電/放電。電解液成分更便宜且對環(huán)境無害。該技術(shù)不僅適用于大規(guī)模儲(chǔ)能，而且也適用于不需要高容量能量密度的其他應(yīng)用。
新興技術(shù)監(jiān)測界面
盡管新型化學(xué)的研究很重要，但歐洲電池聯(lián)盟也將蓄電池組分之間的接口確定為一個(gè)需要廣泛研究和理解的研究領(lǐng)域。電池接口處的化學(xué)反應(yīng)會(huì)極大地影響電池的使用壽命和安全性。
基于這些原因，監(jiān)控現(xiàn)場原位中新興電池技術(shù)的接口，以增進(jìn)我們的理解。因此，新電池的性能應(yīng)被視為另一優(yōu)先事項(xiàng)。監(jiān)控現(xiàn)場原位中新興電池技術(shù)的接口這一主題的范圍是在電池形成和傳播過程中作為蓄電池組循環(huán)的功能研究電池內(nèi)部的接口。
建模是支持理解反應(yīng)和/或降解機(jī)制以及評(píng)估化學(xué)成分在界面處形成或分解的重要工具。其目的是為研究蓄電池組中組件之間的接口提供概念證明，同時(shí)闡明由于接口處發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致降解機(jī)理的方法。這些新技術(shù)和新方法將為電池接口研究建立一個(gè)完善的科學(xué)平臺(tái)奠定基礎(chǔ)。
新型陽極材料發(fā)現(xiàn)的組合方法
最后，歐洲電池聯(lián)盟觀察到，可用于電池陽極的實(shí)用材料的選擇范圍非常狹窄，其性能是進(jìn)一步改善電池化學(xué)性能的主要障礙之一。
此外，由于缺乏可比性實(shí)驗(yàn)證據(jù)和可用資源，有關(guān)新型和新興陽極電池材料穩(wěn)定性和性能的知識(shí)有限。長期挑戰(zhàn)是開發(fā)一個(gè)能夠快速、高通量和可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)篩選新的潛在陽極材料的平臺(tái)。
新陽極材料發(fā)現(xiàn)的組合方法這一主題旨在為潛在陽極材料的開發(fā)和測試創(chuàng)造這樣一個(gè)平臺(tái)。該方法應(yīng)顯示出與“電池2030+”倡議的自主電池材料加速平臺(tái)（MAP）的協(xié)同作用，因?yàn)榭梢酝ㄟ^先進(jìn)的多尺度建模過程初步選擇合適的材料。
