当前以动力电池为代表的新能源技术成为全球高科技竞争的焦点,我国已建立了全球产业链最全、规模最大的动力电池市场,但面临着美欧贸易壁垒和技术遏制等挑战,在下一代电池技术、关键原材料、全生命周期管理等方面还有诸多不足。本文深入分析近年来全球动力电池战略布局、变革新趋势以及对我国的影响,提出相关建议。
一、全球动力电池战略布局
近年来,受全球锂电池产业的爆发性增长影响,全球主要锂电池市场韩国、日本、欧洲、美国等,纷纷出台针对动力电池产业的可持续性发展战略规划,并通过相关政策、法规的陆续出台,以实现对本国、本地区产业可持续性发展提供指引及保障。
1、韩国建设前沿技术创新中心开发原创技术
韩国政府为应对全球范围动力电池产业竞争,2021年颁布《2030二次电池产业(K-蓄电池)发展战略》[1],提出政府将在2023年至2028年投入3066亿韩元(约合16.25亿元人民币),争取提前实现固态电池、锂硫电池、锂金属电池的商用化,同时设立蓄电池研发创新基金,投入800亿韩元扶持中型骨干企业及中小企业的蓄电池研发项目。韩国政府还在2022年发布《二次电池产业创新发展战略》[2],提出要组建韩国“电池联盟”;到2030年政府投入1万亿韩元(约合53亿元人民币)、民间投入19.5万亿韩元(约合1033.5亿元人民币)开发电池核心技术;并由LG、三星、SK等企业负责建设研发中心与尖端生产基地,积累核心技术竞争力,通过公私合作、投资拉动,促进企业科技创新,加速抢占下一代电池技术的战略高地,加快产能和供应链体系建设。
2、日本计划到2030年实现电池技术“弯道超车”
日本凭借技术优势在早期占据了动力电池市场,但随着中国及韩国电池企业不断抢占市场份额,日本已处于落后位置。2022年,日本经济产业省出台新版《蓄电池产业战略》[3],明确要通过官产学研合作推进研究开发,加强对下一代电池技术开发,通过绿色创新基金的支持,加快开发以全固态电池为中心的新一代电池、材料和回收利用技术,到2030年前后全面实现全固态电池的实用化。此外,战略还提出到2030年日本国内蓄电池产能达到150吉瓦时,日本企业全球产能达到600吉瓦时,以抢占未来市场份额。
3、欧盟全面打造本土电池生态系统
欧盟早在2017年就成立了欧洲电池联盟,统筹欧盟内部的产业资源,形成电池产业发展合力,并提出了旨在加强欧盟电池全产业链竞争力的《电池战略行动计划》,构建从原材料获取、加工到废旧电池回收利用的全生命周期产业体系。2023年欧盟出台了《绿色协议产业计划》[4],其中《净零工业法案》[5]和《关键原材料法案》[6]旨在提升欧盟自身清洁能源技术的制造规模,强化清洁能源的本土制造能力,设立了“到2030年欧盟本土电池制造产能达550吉瓦时”的目标,并针对关键原材料和矿产资源设定了在欧盟本土开采、加工和回收的产能目标,全面打造欧盟本土清洁能源和电池供应链体系。此外,欧盟还发布新版《电池战略研究与创新议程》[7],明确了将从2024年到2036年陆续开始实施对产品声明、供应链尽职调查、碳足迹、电池护照、生产者责任制度和电池回收再生利用等全生命周期合规信息披露要求。
4、美国发布十年发展蓝图打造锂电池自主供应链
美国在2022年发布的《通胀削减法案》中对电池中的核心矿物、组件来源和产地做出了明确要求,旨在提升美国本土和贸易伙伴国的供应链能力。此外,美国能源部2021年发布《国家锂电池蓝图(2021-2030)》[8],作为美国第一份由政府主导制定的锂电池发展战略,提出了五大发展目标,包括保障关键原材料的供应与开发替代产品、建立原材料加工基地、建立核心组件制造基地、建立回收利用体系,以及支持技术研发和提升劳动力素质,以指导锂电池价值链相关机构开展协作,满足不断增长的电动汽车和储能市场需求。
二、全球动力电池变革新趋势
1、各国争相对电池材料和结构进行迭代优化,以实现到2025年新一代高性能低成本动力电池研发
从电极材料来看,由于资源紧缺与需求激增之间的矛盾,降低原材料钴元素含量,提高镍元素含量,成为提升动力电池能量密度和降低成本的主流趋势。松下、LG、宁德时代等主流动力电池企业都把低钴及无钴化电池作为下一代动力电池研发方向。深度电气化对动力电池能量密度提出更高要求,提高锂离子石墨负极材料容量上限成为近期关键,硅碳负极搭配高镍三元材料的体系成为发展趋势。
从电池组配上来看,传统模组配置空间利用率仅为40%,一体化改进和精简电芯、模组、封装方式等将是电池结构优化的重点方向,如直接将电芯集成到电池包里(CTP技术)或将电池包箱体与车身融合(CTC技术)等。
2、动力电池技术路线多元化发展,到2030年全固态电池将实现规模化应用
当前钠离子电池已处于商业化早期,但受制于其能量密度上限,到2030年钠离子电池有望作为锂离子电池的有益补充,应用于储能和低速电动车等对价格较敏感的特定场景。全固态电池技术研发布局加速,500瓦时/千克能量密度全固态电池、锂硫电池等下一代电池有望2030年左右大规模进入市场。高性能金属空气电池、低成本金属氢电池等新型电池技术研究持续深入,有望于2030年后实现应用突破。
3、动力电池回收利用和全生命周期管理未来将成为新的技术壁垒
欧盟颁布《新电池法》和《新版电池战略研究与创新议程》,对动力电池产品设置了“绿色门槛”,动力电池碳壁垒或将提升,电池回收的战略属性和碳减排属性愈发重要。如欧盟明确提出,到2031年,钴、镍、铜的平均回收率需达到95%,锂的回收率需达到80%。“绿色门槛”的实施将加速推动动力电池回收利用技术等再生资源行业的发展。此外,“电池护照”的实施,带来的数据流通共享与电池管理模式的交叉融合,将增加动力电池全生命周期数据透明度和可追溯性,实现电池全生命周期的数据管理。
三、对我国影响
1、全球性技术竞争格局将对我国动力电池产业发展造成冲击
美欧等均将动力电池技术研发创新、产业培育、供应链体系建设上升到国家战略高度,并实施了政府资助与补贴、税收减免优惠等多种推动措施。如美国支持尖端储能技术研究如全固态锂电池、关键矿物、硅基负极、聚合物电解质等新一代革命性材料等。日本强攻固态锂电池,在全球固态电池技术相关国际专利申请量占比达到68%,日产汽车提出到2028财年实现固态电池大规模量产。韩国借助美国限制中国电池进口的契机,与多家美国车企合作加速建立动力电池产业链和供应链。这一全球性技术竞争格局将对我国动力电池技术发展和全产业链的构建形成围剿。
2、主要发达国家和资源强国强化自主战略削弱我国动力电池市场份额
美国实施“本土制造”比例限制,提出2025年起,电池关键矿物不得由中国等国提取、加工或回收,欲将中国企业排除在外。欧盟激励建立本土产业链和供应链,强化碳足迹管理、推出数字电池护照、明确电池回收比例限制,并将于2027年对碳足迹设定阈值,以此来限制中国动力电池及储能产品直接销售。印尼、玻利维亚、智利等电池关键原材料资源国家开始以就地建厂限制原矿输出。以上趋势将对我国过去几十年动力电池产业高速发展的“中国制造+全球使用(消费)”模式带来严峻挑战。