鉅大LARGE | 點擊量：1101次 | 2021年05月14日
歐洲電池技術(shù)創(chuàng)新平臺公布2030戰(zhàn)略研究議程
近日，歐洲電池技術(shù)創(chuàng)新平臺“電池歐洲”（ETIPBatteriesEurope）公布《電池戰(zhàn)略研究議程》，明確了到2030年歐洲電池技術(shù)研究和創(chuàng)新優(yōu)先事項。ETIPBatteriesEurope由歐盟委員會在“戰(zhàn)略能源技術(shù)規(guī)劃”（SET-Plan）框架下于2019年創(chuàng)建，匯集了工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和行業(yè)協(xié)會的代表，旨在推進電池價值鏈相關(guān)研究和創(chuàng)新行動的執(zhí)行，加速建立具有全球競爭力的歐洲電池產(chǎn)業(yè)。該議程從電池應(yīng)用、電池制造與材料、原材料循環(huán)經(jīng)濟、歐洲電池競爭優(yōu)勢四方面提出了未來十年的研究主題及應(yīng)達到的關(guān)鍵績效指標，關(guān)鍵內(nèi)容如下：
一、電池應(yīng)用
1、交通應(yīng)用
未來十年該領(lǐng)域?qū)⒅匾M行如下主題研究：①電池系統(tǒng)，包括電池單元和系統(tǒng)設(shè)計及相關(guān)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(shù)據(jù)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(nèi)/外系統(tǒng)的互操作性以及車輛到電網(wǎng)技術(shù)相關(guān)研究；③用于電池設(shè)計、制造和管理的數(shù)字孿生技術(shù)；④開發(fā)評估電池性能和安全性的新方法和工具，包括結(jié)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(lǐng)域?qū)⒅匾M行如下主題研究：
（1）通過創(chuàng)新的技術(shù)和組件降低固定式儲能電池的成本，改進循環(huán)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(huán)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(huán)設(shè)計。關(guān)鍵績效指標：固定式儲能電池的完全等效循環(huán)壽命增至15000個循環(huán)或30年；充放電倍率達到8C/8C；自放電率達到0.1%荷電狀態(tài)/月；放電持續(xù)時間超過10小時。預(yù)算：5000萬歐元。
（2）提高固定式儲能系統(tǒng)安全性的技術(shù)、方法和工具。該主題研究將解決固定式儲能電池系統(tǒng)尺寸和安裝相關(guān)的安全性問題，如通過組件和系統(tǒng)設(shè)計來增強安全性，或通過先進建模進行運行監(jiān)控以實現(xiàn)故障主動預(yù)防和預(yù)測。關(guān)鍵績效指標：安全相關(guān)的系統(tǒng)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(jiān)管框架和技術(shù)標準。預(yù)算：5000萬歐元。
（3）開放式和可互操作的先進電池管理系統(tǒng)。該主題研究將開發(fā)可開放訪問的電池管理系統(tǒng)，并對數(shù)據(jù)和格式進行標準化，有助于對電池壽命進行可靠預(yù)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(tǒng)促進系統(tǒng)的集成。關(guān)鍵績效指標：循環(huán)壽命大于15000次；促進對電池的大規(guī)模部署，新增電池的再利用；成本降低30%。預(yù)算：3000萬歐元。
（4）互操作性、數(shù)字孿生和多服務(wù)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(xiàn)機對機協(xié)作，通過數(shù)字孿生進行仿真模擬以將電池儲能系統(tǒng)和混合儲能系統(tǒng)納入電網(wǎng)規(guī)劃中，以及開發(fā)儲能系統(tǒng)的多種服務(wù)。關(guān)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(huán)下）低于0.01歐元/千瓦時/循環(huán)。預(yù)算：5000萬歐元。
（5）電動汽車電池可持續(xù)性以及二次應(yīng)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(yè)模式，開發(fā)低成本的技術(shù)和生態(tài)設(shè)計用于電池拆卸和調(diào)整。關(guān)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(yù)算：5000萬歐元。
（6）中長期儲能。該主題將開發(fā)經(jīng)濟高效的系統(tǒng)和技術(shù)，用于中期（大于5小時）至長期（幾星期至幾個月）儲能，以實現(xiàn)備用電源、市場套利和可再生能源電力的轉(zhuǎn)移。關(guān)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(huán)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(huán)。預(yù)算：6000萬歐元。
二、電池制造與材料
1、電池制造
未來十年該領(lǐng)域?qū)⒅匾M行如下主題研究：
（1）創(chuàng)新電池單元組件的設(shè)計及制造工藝研究。該主題將通過改進電池設(shè)計和配置，在電池單元中應(yīng)用可改善性能的新型先進材料和組件，同時在電池設(shè)計階段考慮增強安全性和可回收性。關(guān)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(chǎn)相比，電池生產(chǎn)成本至少降低20%。預(yù)算：9000萬歐元。
（2）電池單元設(shè)計的數(shù)字化。該主題將數(shù)字化技術(shù)用于開發(fā)先進多尺度模型、電化學(xué)以及老化機理研究，以縮短電池開發(fā)設(shè)計時間和成本，并減少對環(huán)境的影響。關(guān)鍵績效指標：電池單元開發(fā)成本至少下降20%；實驗次數(shù)減少1/5至1/3。預(yù)算：5000萬歐元。
（3）制造設(shè)備和工藝創(chuàng)新。該主題將改進制造能力，降低材料損耗，提高能效和產(chǎn)品一致性，還將開發(fā)適用于新型電池（如固態(tài)電池）的新工藝以及循環(huán)和數(shù)字化概念。關(guān)鍵績效指標：與當前鋰離子電池最先進生產(chǎn)水平相比，電池生產(chǎn)率提高10%-15%，電池單元整體生產(chǎn)效率提高90%以上；通過改造將設(shè)備資本投入成本降低8000萬歐元/吉瓦時；能耗降低25%。預(yù)算：1億歐元。
（4）工藝集成和廠數(shù)字化運營。該主題將通過數(shù)據(jù)分析以改進生產(chǎn)線，并進行預(yù)防性故障排除。在生產(chǎn)線層面將應(yīng)用機器學(xué)習和人工智能技術(shù)，在廠層面將整合能量流和材料流形成供應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)。關(guān)鍵績效指標：生產(chǎn)率提高10%-15%；與當前鋰離子電池生產(chǎn)相比，能耗降低25%。預(yù)算：6000萬歐元。
2、電池先進材料
未來十年該領(lǐng)域?qū)⒅匾M行如下主題研究：
（1）車用第3代[1]鋰離子電池的研究與創(chuàng)新。該主題將開發(fā)可實現(xiàn)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(guān)注調(diào)整正極和負極材料、更穩(wěn)定的電解質(zhì)材料、粘結(jié)劑等。關(guān)鍵績效指標：質(zhì)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(huán)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(yù)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(chuàng)新。該主題將開發(fā)固態(tài)電解質(zhì)以及正負極材料，實現(xiàn)更高的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性以及更高能量/功率密度，實現(xiàn)快速充電、可循環(huán)性并提高安全性。材料開發(fā)范圍從傳統(tǒng)材料到鋰金屬基負極和高電壓正極材料。關(guān)鍵績效指標：4a代鋰離子電池單元質(zhì)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(huán)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(yù)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(chuàng)新。該主題將開發(fā)正負極、電解質(zhì)、粘結(jié)劑等材料以確保固定式儲能鋰離子電池可用于公用事業(yè)規(guī)模（超過100兆瓦）和商業(yè)高功率應(yīng)用（低于100兆瓦），通過多種材料策略提高公用事業(yè)規(guī)模應(yīng)用的導(dǎo)電率、能量密度、壽命以及高功率應(yīng)用的導(dǎo)電率和容量。關(guān)鍵績效指標：商業(yè)高功率應(yīng)用中電池體積能量密度超過500瓦時/升，壽命超過6000次循環(huán)，充電倍率達到5-6C；公用事業(yè)規(guī)模應(yīng)用中電池體積能量密度超過500瓦時/升，壽命超過10000次循環(huán)，成本低于0.05歐元/千瓦時/循環(huán)。計劃上市時間及預(yù)算：2030年，1億歐元。
（4）電動汽車輕質(zhì)先進材料的研究與創(chuàng)新。該主題將開發(fā)基于玻璃纖維、碳纖維、新型塑料、高強度鋼材的新型輕質(zhì)材料，并示范材料用于汽車結(jié)構(gòu)和功能部件的高強度重量比性能。關(guān)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(zhì)材料占電動汽車材料的65%；傳動系統(tǒng)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(yù)算：2025年后，0.5億歐元。
（5）實現(xiàn)超快充電的先進材料研究與創(chuàng)新。該主題將開發(fā)各種材料體系，實現(xiàn)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(guān)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(dǎo)致的能量損失低于2%。計劃上市時間及預(yù)算：2025年后，0.5億歐元。
三、原材料循環(huán)經(jīng)濟
1、電池一次及二次原材料的可持續(xù)加工
到2030年關(guān)鍵績效指標：電池原材料加工中無液體排放；石墨、電池化學(xué)和正極活性材料前驅(qū)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(yīng)。
未來十年該領(lǐng)域?qū)⒅匾M行如下主題研究：
（1）原材料來源、可持續(xù)性和可追溯性。該主題將開發(fā)協(xié)調(diào)和直接的方式從全球供應(yīng)鏈中獲得原材料。短時間（2021-2025年）優(yōu)先事項：開發(fā)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(qū)獲取原材料的可持續(xù)性要求；全球供應(yīng)鏈的可靠采購和可追溯性；開發(fā)和評估跟蹤和標記技術(shù)、數(shù)字賬本技術(shù)。中期（2026-2030年）優(yōu)先事項：在整個生命周期內(nèi)對材料進行跟蹤和標記。
（2）電池原料的可持續(xù)提取和精煉。該主題將開發(fā)鋰、鎳、鈷、錳和石墨的加工方法，用于國內(nèi)和進口原料。短時間（2021-2025年）優(yōu)先事項：可持續(xù)鋰價值鏈解決方法；開發(fā)正極活性材料前驅(qū)體可持續(xù)加工工藝，替代當前工藝；電池化學(xué)和正極活性材料前驅(qū)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(chǎn)整合到電池生產(chǎn)中；開發(fā)協(xié)同加工和工藝集成的新業(yè)務(wù)模式；開發(fā)新型冶煉和礦渣工程技術(shù)，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(huán)境影響評估相結(jié)合。中期（2026-2030年）優(yōu)先事項：從工業(yè)或城市廢物等新來源中回收金屬和化學(xué)品；開發(fā)經(jīng)濟可行的錳回收工藝；合成石墨生產(chǎn)中石油基原料的替代；開發(fā)二次產(chǎn)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(fā)新的硅生產(chǎn)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(huán)定量工具，增強環(huán)境可持續(xù)性。短時間（2021-2025年）優(yōu)先事項：原材料生命周期數(shù)據(jù)的開放存??；電池生態(tài)標簽；在早期設(shè)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(xué)品和前驅(qū)體）生命周期信息；可靠的回收材料生命周期信息數(shù)據(jù)；全面可持續(xù)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(yōu)先事項：采礦的區(qū)域生命周期評估、生命周期數(shù)據(jù)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(fā)和應(yīng)用，尤其是原材料相關(guān)研究。
2、回收
關(guān)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(yè)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(lǐng)域?qū)⒅匾M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(fā)綜合性技術(shù)，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(yōu)先事項：研發(fā)電池健康評估新技術(shù)和新設(shè)備；研發(fā)產(chǎn)品二次利用和廢物回收的標準化診斷協(xié)議和界限標準；開發(fā)標準化、經(jīng)濟高效的儲存和運輸容器，配備可視和熱負荷監(jiān)測系統(tǒng)，必要時還配備惰性氣體；研發(fā)配備能量回收系統(tǒng)的放電技術(shù)和裝置；開發(fā)標準化電池標簽系統(tǒng)并探索與電池信息數(shù)據(jù)庫集成；研發(fā)自動化電池分選和拆解技術(shù)。中期（2026-2030年）優(yōu)先事項：可持續(xù)循環(huán)利用設(shè)計；模塊化自動拆解技術(shù)；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(yè)集成和基于二次材料的前驅(qū)體。該主題將對電池進行有效加工，以盡可能低的環(huán)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(yōu)先事項：目前正大規(guī)模生產(chǎn)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(nèi)報廢的大量汽車電池廢料以及生產(chǎn)廢料；電解液、隔膜和電極粘結(jié)劑等非金屬元素的下游循環(huán)或安全處理；進一步開發(fā)冶金工具和建模，以對替代技術(shù)方法進行技術(shù)經(jīng)濟性比較；制定所有回收工藝裝置的安全規(guī)程；減少回收過程對環(huán)境的影響；實現(xiàn)工業(yè)閉環(huán)，將制造過程的低價值化學(xué)品投入電池制造中。中期（2026-2030年）優(yōu)先事項：開發(fā)集中、集成和自動化閉環(huán)過程；作為替代方法，開發(fā)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(shù)；新工藝概念的試點。
四、歐洲電池競爭優(yōu)勢
該領(lǐng)域旨在基于對電池價值鏈的深入研究，實現(xiàn)新概念前沿電池技術(shù)開發(fā)的飛躍，以研發(fā)低成本、可持續(xù)和安全的高性能電池，使歐洲在電池生產(chǎn)和部署方面處于領(lǐng)先地位。因此，未來十年將要對如下電池技術(shù)主題進行研發(fā)：
（1）對技術(shù)成熟度（TRL）超過2級的電池技術(shù)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(chuàng)新的高電壓（大于4.8伏）/高容量（大于500毫安/克）正極和固態(tài)電解質(zhì)，實現(xiàn)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(xiàn)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(guān)鍵原材料），具備更高能量密度。
（2）對技術(shù)成熟度1-2級的電池概念進行基礎(chǔ)研究，以開發(fā)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(jié)/年度級的電化學(xué)儲能。
[1]歐盟對電池進行了分類，第3代鋰離子電池為優(yōu)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(tài)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(tài)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(tài)電池，正極材料為HE-NMC或HVS，負極材料為鋰金屬。
