鉅大LARGE | 點擊量：1089次 | 2021年05月14日
歐洲電池技術創新平臺公布2030戰略研究議程
近日，歐洲電池技術創新平臺“電池歐洲”（ETIPBatteriesEurope）公布《電池戰略研究議程》，明確了到2030年歐洲電池技術研究和創新優先事項。ETIPBatteriesEurope由歐盟委員會在“戰略能源技術規劃”（SET-Plan）框架下于2019年創建，匯集了工業界、學術界和行業協會的代表，旨在推進電池價值鏈相關研究和創新行動的執行，加速建立具有全球競爭力的歐洲電池產業。該議程從電池應用、電池制造與材料、原材料循環經濟、歐洲電池競爭優勢四方面提出了未來十年的研究主題及應達到的關鍵績效指標，關鍵內容如下：
一、電池應用
1、交通應用
未來十年該領域將重要進行如下主題研究：①電池系統，包括電池單元和系統設計及相關制造工藝，需考慮機械、電氣和熱等方面；②電池管理，基于知識和數據的電池管理研究，考慮算法、軟件和硬件，包括傳感器集成、標準化、與車輛內/外系統的互操作性以及車輛到電網技術相關研究；③用于電池設計、制造和管理的數字孿生技術；④開發評估電池性能和安全性的新方法和工具，包括結合物理和虛擬測試的方法。
2、固定式儲能
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
未來十年該領域將重要進行如下主題研究：
（1）通過創新的技術和組件降低固定式儲能電池的成本，改進循環壽命，以確保最佳性能。該主題研究將改進電池能量密度、功率密度、循環和周期壽命、放電深度、充放電倍率等，并降低資本支出、運營支出等，還將進行再利用和再循環設計。關鍵績效指標：固定式儲能電池的完全等效循環壽命增至15000個循環或30年；充放電倍率達到8C/8C；自放電率達到0.1%荷電狀態/月；放電持續時間超過10小時。預算：5000萬歐元。
（2）提高固定式儲能系統安全性的技術、方法和工具。該主題研究將解決固定式儲能電池系統尺寸和安裝相關的安全性問題，如通過組件和系統設計來增強安全性，或通過先進建模進行運行監控以實現故障主動預防和預測。關鍵績效指標：安全相關的系統維護和運行的運營成本下降20%；故障報告減少90%；建立一套監管框架和技術標準。預算：5000萬歐元。
（3）開放式和可互操作的先進電池管理系統。該主題研究將開發可開放訪問的電池管理系統，并對數據和格式進行標準化，有助于對電池壽命進行可靠預測并評估第二生命周期，同時將通過可互操作的先進電池管理系統促進系統的集成。關鍵績效指標：循環壽命大于15000次；促進對電池的大規模部署，新增電池的再利用；成本降低30%。預算：3000萬歐元。
（4）互操作性、數字孿生和多服務模式。該主題研究將通過增強互操作性降低電池成本，更加有效地實現機對機協作，通過數字孿生進行仿真模擬以將電池儲能系統和混合儲能系統納入電網規劃中，以及開發儲能系統的多種服務。關鍵績效指標：到2024年互操作性達到3級；到2030年平準化儲能成本（深度放電循環下）低于0.01歐元/千瓦時/循環。預算：5000萬歐元。
（5）電動汽車電池可持續性以及二次應用于固定式儲能。該主題將解決電池二次再利用的耐久性、性能以及老化帶來的安全風險，示范有效的商業模式，開發低成本的技術和生態設計用于電池拆卸和調整。關鍵績效指標：到2030年可二次使用的電池占比達到20%；所有類型電池的回收效率均得到提高。預算：5000萬歐元。
（6）中長期儲能。該主題將開發經濟高效的系統和技術，用于中期（大于5小時）至長期（幾星期至幾個月）儲能，以實現備用電源、市場套利和可再生能源電力的轉移。關鍵績效指標：中期儲能自放電率低于2%/月；長期儲能自放電率低于0.5%/月；循環壽命大于15000次；到2030年平準化儲能成本低于0.01歐元/千瓦時/循環。預算：6000萬歐元。
二、電池制造與材料
1、電池制造
未來十年該領域將重要進行如下主題研究：
（1）創新電池單元組件的設計及制造工藝研究。該主題將通過改進電池設計和配置，在電池單元中應用可改善性能的新型先進材料和組件，同時在電池設計階段考慮增強安全性和可回收性。關鍵績效指標：電池能量密度和安全性提高40%；通過在電池單元中減少使用非活性材料，使每千瓦時的碳強度降低25%；與當前鋰離子電池生產相比，電池生產成本至少降低20%。預算：9000萬歐元。
（2）電池單元設計的數字化。該主題將數字化技術用于開發先進多尺度模型、電化學以及老化機理研究，以縮短電池開發設計時間和成本，并減少對環境的影響。關鍵績效指標：電池單元開發成本至少下降20%；實驗次數減少1/5至1/3。預算：5000萬歐元。
（3）制造設備和工藝創新。該主題將改進制造能力，降低材料損耗，提高能效和產品一致性，還將開發適用于新型電池（如固態電池）的新工藝以及循環和數字化概念。關鍵績效指標：與當前鋰離子電池最先進生產水平相比，電池生產率提高10%-15%，電池單元整體生產效率提高90%以上；通過改造將設備資本投入成本降低8000萬歐元/吉瓦時；能耗降低25%。預算：1億歐元。
（4）工藝集成和廠數字化運營。該主題將通過數據分析以改進生產線，并進行預防性故障排除。在生產線層面將應用機器學習和人工智能技術，在廠層面將整合能量流和材料流形成供應生態系統。關鍵績效指標：生產率提高10%-15%；與當前鋰離子電池生產相比，能耗降低25%。預算：6000萬歐元。
2、電池先進材料
未來十年該領域將重要進行如下主題研究：
（1）車用第3代[1]鋰離子電池的研究與創新。該主題將開發可實現更高能量密度和功率密度的先進材料，用于更大容量和/或更高電壓下運行，將重點關注調整正極和負極材料、更穩定的電解質材料、粘結劑等。關鍵績效指標：質量及體積能量密度分別達到350-400瓦時/千克和750-1000瓦時/升；可在4.7伏以上的高電壓下運行；在高容量或高電壓下可深度循環超過3000次或2000次；電堆成本低于100歐元/千瓦時。計劃上市時間及預算：2025年以后，1億歐元。
（2）車用第4代[2]鋰離子電池的研究與創新。該主題將開發固態電解質以及正負極材料，實現更高的熱穩定性和電化學穩定性以及更高能量/功率密度，實現快速充電、可循環性并提高安全性。材料開發范圍從傳統材料到鋰金屬基負極和高電壓正極材料。關鍵績效指標：4a代鋰離子電池單元質量能量密度超過400瓦時/千克，體積能量密度超過1000瓦時/升；4b和4c代鋰離子電池單元體積能量密度分別超過800瓦時/升和500瓦時/升；循環壽命達到3000次；充電倍率達到3-5C；電池堆成本降至75歐元/千瓦時以下。計劃上市時間及預算：2030年以后，2億歐元。
（3）固定式儲能用鋰離子電池的研究與創新。該主題將開發正負極、電解質、粘結劑等材料以確保固定式儲能鋰離子電池可用于公用事業規模（超過100兆瓦）和商業高功率應用（低于100兆瓦），通過多種材料策略提高公用事業規模應用的導電率、能量密度、壽命以及高功率應用的導電率和容量。關鍵績效指標：商業高功率應用中電池體積能量密度超過500瓦時/升，壽命超過6000次循環，充電倍率達到5-6C；公用事業規模應用中電池體積能量密度超過500瓦時/升，壽命超過10000次循環，成本低于0.05歐元/千瓦時/循環。計劃上市時間及預算：2030年，1億歐元。
（4）電動汽車輕質先進材料的研究與創新。該主題將開發基于玻璃纖維、碳纖維、新型塑料、高強度鋼材的新型輕質材料，并示范材料用于汽車結構和功能部件的高強度重量比性能。關鍵績效指標：電動汽車車身重量減輕40%；電池包重量減輕70%；輕質材料占電動汽車材料的65%；傳動系統成本降低30%，耐久性提高30%；行駛里程達到700公里；可回收性達到99%。計劃上市時間及預算：2025年后，0.5億歐元。
（5）實現超快充電的先進材料研究與創新。該主題將開發各種材料體系，實現用戶友好、安全可靠、功率傳輸能力超過350千瓦的超快速充電站。關鍵績效指標：充電時間低于10分鐘；功率傳輸能力超過350千瓦；充電過程中歐姆電阻導致的能量損失低于2%。計劃上市時間及預算：2025年后，0.5億歐元。
三、原材料循環經濟
1、電池一次及二次原材料的可持續加工
到2030年關鍵績效指標：電池原材料加工中無液體排放；石墨、電池化學和正極活性材料前驅體加工能效比當前最先進水平提升25%；鋰提取及加工過程碳排放比當前最先進水平降低50%；歐洲電池制造商的原料中，25%的碳酸鋰當量由歐洲自身供應。
未來十年該領域將重要進行如下主題研究：
（1）原材料來源、可持續性和可追溯性。該主題將開發協調和直接的方式從全球供應鏈中獲得原材料。短時間（2021-2025年）優先事項：開發評估成員國原材料資源/儲量的通用方法；確定從歐盟以外地區獲取原材料的可持續性要求；全球供應鏈的可靠采購和可追溯性；開發和評估跟蹤和標記技術、數字賬本技術。中期（2026-2030年）優先事項：在整個生命周期內對材料進行跟蹤和標記。
（2）電池原料的可持續提取和精煉。該主題將開發鋰、鎳、鈷、錳和石墨的加工方法，用于國內和進口原料。短時間（2021-2025年）優先事項：可持續鋰價值鏈解決方法；開發正極活性材料前驅體可持續加工工藝，替代當前工藝；電池化學和正極活性材料前驅體加工中無液體排放；用于電池金屬浸出和提取的新型可回收試劑；將歐洲的石墨生產整合到電池生產中；開發協同加工和工藝集成的新業務模式；開發新型冶煉和礦渣工程技術，以解決冶煉過程中鎳和鈷的損失；將加工流程建模與針對單個重要流程的環境影響評估相結合。中期（2026-2030年）優先事項：從工業或城市廢物等新來源中回收金屬和化學品；開發經濟可行的錳回收工藝；合成石墨生產中石油基原料的替代；開發二次產品回收的通用流程；在電池原料加工裝置和/或礦山中替代化石燃料并使用智能和/或可再生能源解決方法；開發新的硅生產方法；使用多孔硅等新型策略/材料制造富硅負極（負極密度超過1200毫安時/克）。
（3）原材料生命周期評估和材料流分析。該主題將通過新型、整體的電池循環定量工具，增強環境可持續性。短時間（2021-2025年）優先事項：原材料生命周期數據的開放存取；電池生態標簽；在早期設計過程中進行生命周期評估；原材料流分析；可靠的原材料（包括化學品和前驅體）生命周期信息；可靠的回收材料生命周期信息數據；全面可持續性評估；評估一次材料和二次材料的能耗、成本及其他影響。中期（2026-2030年）優先事項：采礦的區域生命周期評估、生命周期數據和下一代電池生命周期評估；社會生命周期評估方法在電池價值鏈中的開發和應用，尤其是原材料相關研究。
2、回收
關鍵績效指標：①電池回收，到2025年便攜式電池回收率達到55%，2030年達到65%，工業和車用電池回收率達到100%；②電池材料回收，到2030年電池材料回收率超過60%，鋰離子電池材料回收率鈷>95%、鎳>95%、鋰>70%、銅>95%。
未來十年該領域將重要進行如下主題研究：
（1）電池收集、反向物流、分選和拆解。該主題將開發綜合性技術，以安全有效地處理不斷增多的廢棄電池，最終進入回收流程。短時間（2021-2025年）優先事項：研發電池健康評估新技術和新設備；研發產品二次利用和廢物回收的標準化診斷協議和界限標準；開發標準化、經濟高效的儲存和運輸容器，配備可視和熱負荷監測系統，必要時還配備惰性氣體；研發配備能量回收系統的放電技術和裝置；開發標準化電池標簽系統并探索與電池信息數據庫集成；研發自動化電池分選和拆解技術。中期（2026-2030年）優先事項：可持續循環利用設計；模塊化自動拆解技術；電池拆卸全過程的風險和安全性研究；特殊材料的分選；裝配方法。
（2）冶金回收工藝、工業集成和基于二次材料的前驅體。該主題將對電池進行有效加工，以盡可能低的環境足跡和成本回收有價值（或有害）的原材料。短時間（2021-2025年）優先事項：目前正大規模生產的鋰離子電池和鎳氫電池的回收；建立可行的整體回收流程，以有效利用在未來10年內報廢的大量汽車電池廢料以及生產廢料；電解液、隔膜和電極粘結劑等非金屬元素的下游循環或安全處理；進一步開發冶金工具和建模，以對替代技術方法進行技術經濟性比較；制定所有回收工藝裝置的安全規程；減少回收過程對環境的影響；實現工業閉環，將制造過程的低價值化學品投入電池制造中。中期（2026-2030年）優先事項：開發集中、集成和自動化閉環過程；作為替代方法，開發用于電池廢料靈活處理的分散式（本地或移動式）冶金處理裝置，以最大限度地減少運輸過程；探索直接回收電池材料和組件的方法；探索包含非金屬元素回收的電池全材料回收技術；新工藝概念的試點。
四、歐洲電池競爭優勢
該領域旨在基于對電池價值鏈的深入研究，實現新概念前沿電池技術開發的飛躍，以研發低成本、可持續和安全的高性能電池，使歐洲在電池生產和部署方面處于領先地位。因此，未來十年將要對如下電池技術主題進行研發：
（1）對技術成熟度（TRL）超過2級的電池技術進行改進。重要包括：①超越第4代電池的鋰金屬電池（TRL為2-4級），采用創新的高電壓（大于4.8伏）/高容量（大于500毫安/克）正極和固態電解質，實現較高能量密度和完全可回收性；②鋅基二次電池（TRL為2-6級），實現更綠色、安全的儲能；③使用低成本電解液的鈉離子電池（TRL為2-3級），用于無鋰儲能；④更綠色的液流電池（TRL為3-6級），使用低成本活性材料（無關鍵原材料），具備更高能量密度。
（2）對技術成熟度1-2級的電池概念進行基礎研究，以開發使用高可用性金屬的新型電池。重要包括：①有機電池（TRL為1-3級），包括液流電池；②從鈉開始到多價離子金屬（除鋅以外）的金屬電池（TRL為1級）；③基于陰離子穿梭的電池（TRL為1級）；④基于活性金屬如鈉、鉀、鋁、鋅等的高功率一次再生電池（TRL為1-2級），用于季節/年度級的電化學儲能。
[1]歐盟對電池進行了分類，第3代鋰離子電池為優化的鋰離子電池，包括：3a代，正極材料為622型或811型鎳鈷錳酸鋰三元材料（NMC622或NMC811），負極材料為碳（石墨）+硅（含量5%-10%）；3b代，正極材料為高能鋰鎳錳鈷氧化物（HE-NMC）或高電壓尖晶石（HVS），負極材料為硅/碳（Si/C）。
[2]第4代鋰離子電池包括4a、4b和4c代。其中，第4a代為固態鋰離子電池，正極材料為鎳鈷錳酸鋰三元材料（NMC），負極材料為Si/C；第4b代為固態鋰金屬電池，正極材料為NMC，負極材料為鋰金屬；第4c代為先進固態電池，正極材料為HE-NMC或HVS，負極材料為鋰金屬。
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