执行摘要
尽管面临危机，锂离子电池 (LIB) 市场仍持续跨境扩张。2023 年，销量可能首次突破 1 TWh 大关。到 2030 年，需求预计将增长两倍以上，达到 3 TWh 以上。近年来的高增长率将持续下去。
需求和生产从吉瓦时向太瓦时的转变对行业产生了许多影响，而且对技术开发和电池要求也产生了许多影响。例如，最近的监管要求强制要求电池的可持续性。锂离子电池在电动汽车中的大量使用推动了电池的可持续发展。至少在小型车辆和大众细分市场中，电池价格问题受到关注，能量密度和续航里程等更多技术因素则成为背景。随着市场持续增长，生产本地化问题以及利益相关者和国家将面临的价值创造份额问题在未来将变得更加重要。
这项研究 “锂电池路线图 - 面向 2030 年的工业化前景” 试图通过关注行业的规模化活动来考虑锂离子电池作为一项既定技术的地位，同时仍然考虑从材料到最终处理的众多技术挑战。结果是到 2030 年对该行业进行了量化，并对材料、电池、生产、系统和回收领域的方法进行了评估，不仅根据其性能，还根据其对三个关键趋势的重要性：生产性能优化的电池、生产特别低成本的电池以及生产特别可持续的电池。
LIB目标体系及产业化实施
性能优化电池有雄心勃勃的发展目标。未来几年，目标是显着提高能量密度和快速充电能力的参数。在行业路线图中，超过 800 Wh/kg 和超过 350 Wh/kg 的目标并不罕见。对于一些旗舰车型，充电速度将加快至4C，从而达到10至20分钟的范围。为了实现这些目标，行业转向高镍阴极、硅阳极和新的电池和电池模组设计，以改变空间要求、热耦合和安全特性。这些目标听起来令人印象深刻，技术方法也非常有前途。然而，越来越多的人问这样的“最佳”方法是否适合大规模生产，以及它们是否与降低电池成本的第二个主要甚至可能更重要的发展目标兼容。电池组的成本目标水平仍远低于 100 欧元/kWh。与当今的成本相比，这可能意味着减少 30% 至 50%。该行业的目标是通过使用无钴和无镍材料、标准化电芯并将其直接集成到电池组中来实现这一目标。新的制造工艺还可以通过利用能源和设备成本以及工厂本身的标准化来降低成本。成本还表明，技术不一定与位置无关。实现最低的电池成本可能与将工厂选址在最有利的生产位置。
非常类似的考虑因素适用于欧盟电池指令等要求的可持续电池的生产，而且越来越多的汽车制造商也提出了这一要求。具体来说，可持续性会影响许多因素，从原材料提取到生产和使用场景。未来几年，工业发展可能会集中在电池技术和生产技术上，其中一些技术甚至将可持续性结合起来，例如低二氧化碳、低足迹和低成本。包括铁基和锰基阴极、水基或干法电极加工，以及在电池寿命结束时利用回收来回收材料。生产地点在可持续性方面也发挥着重要作用，受到诸如可用的能源结构以及与上游和下游生产基地的距离。
研究中讨论的三个关键趋势和目标系统部分是矛盾的。高性能有时是昂贵的，并且受到技术上可行的限制。低环境足迹的高度优先可能会限制某些技术的使用，并且还必须在设计阶段考虑到报废处理。虽然有一些折衷技术结合了其中几个目标，但该行业当前的趋势似乎更多地朝着多元化和生产具有清晰曲线和用例的电池的方向发展。
针对特定应用需求定制电池的开发与扩大生产密切相关。近年来，电池生产受到高度关注。计划到 2028 年建成超过 10 TWh 的年产能。甚至 如果调整这一数字以考虑实施的可能性和典型的延迟，到 2028 年仍可提供高达 5 TWh 的电池产能。
从上游价值链来看，这个数字显然很高，反映出一种淘金热。这里已经宣布了规模化项目，到2028年将能够生产约3TWh的阳极和阴极活性材料，这距离更接近应用市场的电池需求为2至3.5 TWh的预计。这些数字表明，未来几年可能会整合电池生产项目。与此同时，随着与汽车原始设备制造商的合资企业越来越多地进入价值链的这一环节，材料生产可能很快就会得到更多关注。
电池回收能力将如何发展仍不清楚。到2030年，生产废物的回收利用将在行业中发挥重要作用。目前尚不清楚规模与随后出现的寿命终结的电池间的作用关系。
欧洲走上自给自足之路？
在欧洲，供需仍然存在较大不平衡。由于电动汽车产量增加，预计到 2028 年后者将达到 550 GWh 左右。这与宣布计划建设 1.7 TWh 或 1.7 TWh 的电芯产能形成鲜明对比。在对实施的可能性和延迟进行调整后，更现实的情况是大约 1 TWh。因此，欧洲的这些数字证实了高度关注电芯生产项目和投资的全球趋势。将全球 30% 的电芯生产集中在欧洲的目标是可以实现的。
然而，欧洲负极材料生产可能仍然疲软，将不得不依赖进口。计划到2028年建设约200 GWh的产能，主要是石墨。预计正极材料的产能范围从 400 到 600 GWh 以上，大致符合电池的预计需求。
因此，乍一看，欧洲似乎在本研究中探讨的从材料到电池系统的价值创造步骤中正在实现自给自足。然而，差距仍然存在，而不仅仅是在阳极材料方面，比如在被动电池组件或者磷酸铁锂的关键技术上，这对于低成本电池来说极其重要。到目前为止，关于该材料产能扩张的消息还没有实质性的公告，也不清楚具体是哪些材料。制造商打算在电池生产中采用该技术。同样，还没有材料制造商致力于建设大量硅材料产能，硅材料被认为是下一代锂离子电池技术。
为了填补这些空白并创建一个有竞争力、自给自足和可持续的欧洲电池生态系统，仍然需要克服许多挑战。其中包括投资和投资条件、能源成本、合格工人的培训以及创造持续的本地价值、简化官僚程序、减少耗时的程序，以及改善政府补贴和融资机制，有助于吸引更多的工业参与者，并确保与非欧洲国家的公平竞争环境。
图1：正在考虑的三个 LIB 目标系统的示意图：
(1) 性能优化、(2) 成本优化 和 (3) 生态优化和可用技术。
图2：BMBF 资助的 ISI 电池路线图研究重点的进展与行业规模扩大的进展并行。
图3：电化学储能装置的跨国专利申请（电池，IPCH01M)
图4：申请数量和动态最高的 IPC H01M 子领域（2021 年与 2016 年）。
图5：当前和未来BEV功能的路线图，包括以公里为单位的电动续航里程 (WLTP)、以 Wh/l 为单位的能量密度以及以 Wh/kg 为单位的比能量【9,17,20,24-27】。
图6：范围要求和快速充电功能的路线图。充电范围（10 分钟，SOC 10-80%）和 C 速率之间的区别 【20, 30-32】。
图7：OEM 的标准化和可能的采购策略以及由此产生的一种类型电芯的需求场景 【51, 61】。
图8：未来电芯或电池模组级成本路线图（2020 欧元/kWh）。【27, 63-65】
图9：欧盟电池法规及其子领域的实施路线图【70】
图10：影响欧洲电池技术主权的法规
