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《美国国家锂电发展蓝图2021-2030》摘译

作者:赛迪译丛 来源:中国电子信息产业发展研究院 发布时间:2021-10-22 浏览:

2021年6月,美国能源部发布了由联邦先进电池联盟(以下简称联盟)编制的《美国国家锂电发展蓝图2021-2030》(以下简称《蓝图》)。赛迪研究院先进制造业研究中心对该《蓝图》进行了编译,期望对我国锂电产业未来发展规划有所借鉴。

该《蓝图》以美国经济态势、国家安全和全球竞争力为背景,全面分析了美国锂电产业的发展现状和未来前景,通过对本国锂电池制造业竞争力进行评估,提出了美国锂电池供应链的五大建设目标。

一、《蓝图》发布的背景

(一)美国经济领域

当前锂电产业的主要下游需求仍来自于电动汽车(EV)。如图1所示,根据彭博社预计,到2028年美国电动车销量将达到320万辆,以电动汽车电池的平均容量为100千瓦时来估算,国内锂电池产能需要达到320千兆瓦时才能满足乘用电动汽车的需求。

(二)国家安全方面

在美国及其盟国和合作伙伴国家境内维持和扩大锂电池和电池制造业产能,不仅事关美国国家安全,而且是发展稳健国防供应链、免于遭受对手威胁的关键所在。

(三)全球竞争态势

许多其他国家已经构建了垂直电池制造业供应链,并有强有力的国家战略支持。中国拥有全球最大的电动汽车市场,主导着包括矿产和原材料的加工的锂电池制造业供应链。

二、美国未来锂电市场增长预测

目前,美国锂电池或替代性可充电电池化学品市场可分为商用市场和国防市场。尽管两个市场终端应用和要求有所不同,但创新和研发都不可或缺。为上述两个市场建立成熟的国内生产和可靠供应链,是保障美国经济竞争力和国家安全的必要条件。

(一)商用市场

锂电池的美国商用市场包括商用和乘用电动汽车、固定式储能以及航空三个方面。如图2所示,锂电池需求在未来几年预计将大幅增长。

1、商用和乘用电动汽车市场

对电动汽车而言,最领先的技术就是锂电池汽车。相比于其他可用电池技术,锂电池有着高能量、高功率、长寿命的优势。电动汽车是推动锂电池需求增长的关键领域,也是美国国内锂电池制造业需求最重要的市场。美国锂电池电池制造业必须大幅增产扩建,才能满足不断增长的国内市场需求。

2、固定式储能市场

固定式储能技术要求电池组具备更高的耐久性,但对能源密度和重量的要求相对较低,因此长期来看非锂储能技术是最具成本效益的解决方案。然而,2020年上半年已授权的公共事业类的固定式储能项目中,有98%采用了锂电池,全年的锂电池固定式 储能部署量为1.5千兆瓦,预计2025将增加至7.8千兆瓦,2030年将达到8.5千兆瓦。

3、航空市场

正如电动汽车一样,电动飞机有望成为空运零排放的解决方案。可用于城市包裹投送或最多4名乘客的空中出行的电动垂直起降(eVTOL)飞机已发展成为一个新兴市场。预计到2025年,全球电动垂直起降飞机市场规模将在1.62亿美元到10亿美元之间。

(二)国防市场

除了电动汽车和先进电池领域的迫切需求外,美国国防部也需要可靠安全的先进能源储能技术来支持联合部队、应急基地和军事设施开展关键任务。国防应用所需电池的某些特性,使其无法使用商用电池。

三、美国锂电池产业评估

美国主要采取鼓励私营领域、以市场为导向的产业发展策略。企业、大学和国家级实验室有着长期积累的强大研发实力,但薄弱的知识产权保护和技术转让政策而处处掣肘。在联邦层面和州政府层面已出台众多影响电池储能系统发展的政策,但是这些政策缺乏整个国家的协调联动。

四、美国锂电池产业的五大目标

《蓝图》对整个锂电池生态系统进行了整体分析,且重点是发展可持续的国内供应链。图5列出了当前锂电池从原材料生产到报废回收的整个供应链。联盟针对供应链的每个环节都提出了关键发展措施,以加强国内产业,并为可持续能源制造业提供公平的就业机会。

目标一:保障原材料和提纯材料的供应,并发掘商业和国防应用关键矿物的替代品。

建设稳健、安全的国内锂电池工业基地需要可靠的原材料、 提纯材料和加工材料供应,同时包括积极挖掘次生矿物和非常规矿产来源,寻找可持续的多样化替代品供应。

目标二:支持美国原材料加工基地的发展,满足国内电池制造业的需求。

目前,美国大部分锂电池原材料的加工需要依赖于国际市场。发展具有成本竞争力的国内锂电池原材料加工产业,将造福整个国家。从锂电池中消除关键矿产(比如,钴和镍)的使用,和采用全新工艺来降低阴极、阳极和电解质等电池材料成本,是实现材料加工产业未来增长的关键推动因素。

目标三:刺激美国电极、电池和电池组制造业的增长。

过去十年,电池储能技术实现了重大进步,电池能量密度7大幅提高,到2020年已达到143美元/千瓦时,且电池组成本降低了约85%。尽管如此,要实现本土增长,使电池和电池组制造业回流美国国内,还需要持续激励支持电动汽车的普及和推广。

目标四:实现锂电池报废再利用和关键原材料的规模化回收,在美国建立一个完整的具有竞争力的锂电池回收价值链。

锂电池电池回收不仅能够缓解原材料稀缺带来的限制,加强环境可持续性,而且还能够支持更加安全、更具韧性的国内原材料供应链,实现循环经济。

目标五:大力支持科学研发、工科教育和劳动力培训,巩固和提升美国在电池技术方面的领导地位。

加快建立竞争力强、公平的锂电池供应链,满足快速发展的电动汽车市场和电网储能市场,是迈向更高性能和更低成本的新零碳能源经济的一部分。

五、总结

无论是电动汽车、电网储能系统和航空等商用市场,还是国防市场,锂电池储能系统的重要性将日益增强。在未来十年,全球电池市场预计将增长5至10倍,这场锂电市场争夺战必将更加激烈。

译自:

National Blueprint for Lithium Batteries 2021-2030, June 2021 by U.S. Department of Energy

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关键字:锂电池

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