歐洲電池行業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，研發重點是通過設計改進提高充電能力和延長循環壽命。

文︱立厷

歷經7年、35輪談判的中歐投資協定終于在中歐建交45周年之際達成共識。我國的電子產品、機電設備、元器件等大宗商品將繼續供給歐盟各國，以鋰離子電池為代表的我國電池公司也已搭車出海。

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鋰離子電池方面歐洲已明顯落后于亞洲，為此，在政府和產業界的支持下，歐洲正在奮起直追。

我們來看看EUROBAT（歐洲汽車和工業電池制造商協會）最近公布的《2030電池創新路線圖》對動力鋰離子電池技術、市場及細分領域做出了什么評價和預期。

公平競爭謀發展

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，但歐洲電池聯盟（EuropeanBatteryAlliance）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議的零排放目標。

其他應用領域和歐盟蓄電池制造業的情況完全不同，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展階段。一些國家的回收過程尚未達到工業規模，要得到支持才能改善。所有電池技術必須研發未來和創新的解決方法，特別是蓄電池。

為歐洲電池行業的可持續性發展，EUROBAT建議采用平衡的立法方法，支持所有技術，不讓一種技術優先于另一種技術。未來的歐盟研發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，假如為所有技術敞開大門，使其市場創新最大化，將實現綠色協議目標，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展潛力，這將有助于在2050年之前實現歐洲的氣候中立。

四大技術求創新

市場驅動的研發出現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上升的需求。

歐洲電池行業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，歐洲電池行業在以鉛基汽車和動力市場保持領先地位，固定業務中領先程度不大。

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，研發重點是通過設計改進提高充電能力和延長循環壽命。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a保

100多年來，蓄電池一直是工業和汽車市場的重要儲能裝置。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，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，與其他技術相比，每千瓦時安裝成本和發電量成本較低。

蓄電池在功能性、耐用性和成本方面的創新常被忽視。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）、電池監測傳感器和電池管理系統（BMS）的促進了鉛基技術的持續改進。

為了與新的電化學存儲技術競爭，要加快創新步伐，包括在不妥協的高溫耐久性下更好地接受動態電荷，或提高循環壽命來提高能量和功率密度；通過開發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壽命；還可以開發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。

蓄電池在各種強化技術方面的進一步發展將有助于實現歐洲綠色協議中的零排放目標，特別是滿足兩個關鍵領域的新市場需求：

汽車啟/停和微混動力鋰離子電池關鍵性能指標及中期目標

工業固定式儲能電池關鍵性能指標及中期目標

蓄電池循環經濟目標是，到2030年，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%，實現循環經濟，使整個價值鏈受益。

鋰基技術材料創新

鋰離子（Li-ion）是汽車和工業應用的領先技術，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。對更高能量密度的重要要求是實現更長行駛里程，這與電子交通直接相關。

2030年發展路線圖重要考慮基于改性鎳鈷錳氧化物（NMC）材料的鋰基技術，從NMC111到NMC811，使鎳含量新增，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：NMC111/100%C

2b代：NMC523-622/100%C

3a代：NMC622/C+Si（5-10%）

3b代：NMC811/Si/C復合材料

由于正負極材料可能組合的多樣性，由此出現的鋰離子電池顯示出適合不同應用的特定和個體性能特點。從材料研究、工藝、生產、開發、回收利用、安全和運輸等方面來看，發展適合工業和汽車應用的鋰離子技術仍然是一個挑戰。

鋰離子、富鎳NMC電極新材料發展路線圖

正極材料的要求包括：高比能（mAh/g）、安全、穩定性（循環和日歷壽命）、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、對環境和道德無害、易于處理、可用性好、高功率能力。

經濟和環境要求包括：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。

面對的挑戰包括：生產工藝、回收過程和運輸安全。

鋰離子電池的循環經濟目標在于，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，使其在商業上完全可行。

鎳基技術

鎳基電池是在極端氣候、循環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展，鎳鎘重要用于特殊和利基應用。通過使用創新材料，這項技術可以進一步開發現有應用，并作為替代解決方法，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應用電化學存儲系統之一。

鎳基電池循環經濟目標是到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模式。

每種技術的特點和創新潛力

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展狀況和2030年的創新潛力。

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。

2030年每種技術的KPI概覽

研發創新的四大應用領域

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，而汽車電池的重要挑戰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輔助電池的重要功能包括：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。后者的優勢在于能量和功率密度。假如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，就可以與蓄電池競爭。

02、重型商用深循環電池

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動機不運轉且電能需求高的情況下供應高能量。這就是所謂的深循環（放電深度（DOD）高于80%）特性。目前，傳統啟動或兩用蓄電池無法滿足這一要求。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，重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，鋰動力鋰離子電池的挑戰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和固態技術是研發方向。

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市場，EUROBAT估計，其中蓄電池約占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，年上升率為8%。在噪音和排放法規的推動下，電池叉車正在取代燃油叉車，到2030年市場將達73GWh。

蓄電池適合一班制或現場有換電基礎設施的應用，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。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，且重載要較大的電流，鋰離子電池要新增體積能量密度和循環能力。

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、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有助于支持車輛和基礎設施創新。

EUROBAT估計，鐵路電池市場上升潛力很大，到2025年，鋰離子電池、鎳鎘電池和蓄電池的年上升率分別可達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、功率密度和循環特性。此外，由于其免維護和壽命更長等優點，有望成為上升最快的市場。

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，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都有不同程度的混合。一些長途游輪通過熱機發電機給電池充電，為電力推進供應動力，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正在發展，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出現任何燃油消耗或排放。

固定儲能領域

在電力系統的重大變革中，歐洲要更大的靈活性和互聯性，以優化能源資源。所有電池技術在電網的各個層面都有著重要用途，包括發電和輸電、配電和家庭，電池將為可再生能源的整合和穩定電網供應重要服務，也可以為環保、安全可靠的能源供應系統供應靈活性，實現系統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

平衡發電和可再生能源需求

剩余能源管理

固定式蓄電池業務包括不間斷電源（UPS）、電信，以及電表后端住宅/商業儲能和發電機組層面、輸電（TSO）和配電（DSO）系統運營商層面的公用電網規模儲能系統，歐洲在這些市場占有很強地位。

01、UPS電池

UPS是一個傳統市場，到2030年，全球市場將從15GWh上升到24GWh，年上升率為4%。上升是大數據使用的新增以及對新數據存儲中心的更多需求。期間，鋰離子電池市場將達到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，電池必須供應更大輸出，因此要提高功率密度。鉛和鋰技術都要滿足這一要求。UPS備用電池還可以出現更多價值，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，甚至是虛擬發電廠（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，鋰離子電池份額將達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

據統計，住宅和商業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揮調峰或UPS的用途，在電力成本高或可再生能源產量低的情況下供應負載；電池還可作為電動汽車家庭充電站使用。這個市場中，鋰離子電池占主導地位，雖然它有空間方面的優勢，但室內儲存的安全性有待進一步提高，轉向固態技術的發展方向。

04、電網規模儲能電池

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，電池在公用電網規模儲能方面有相當大的優勢。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，保證頻率的穩定，同時補償發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發電廠的運轉備用功能，為電網供應備用容量。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，更適合供應低至分鐘的能量控制。現在，通過集中分散的電池存儲供應控制電源已經相當經濟，利用本地靈活性有助于優化配電網容量。

我國公司的機會

我國雖為鋰離子電池制造第一大國，卻也存在隱憂與挑戰，包括資源開發利用能力落后、技術水平不高、回收再利用體系不完善等限制了產業的國際競爭力。面對歐美發達國際加大相關技術投入力度，加快研發新一代動力鋰離子電池，我國切不可掉以輕心。相反，更應發現端倪，抓住稍縱即逝的機會，借勢揚帆出海！