歐洲為實現(xiàn)到2050年凈零排放目標，必須加快從化石燃料向可再生能源過渡。為加快構(gòu)建具有獨立性和彈性的能源系統(tǒng)，歐洲迅速加大了向可持續(xù)能源過渡和提高能源效率的步伐。交通和能源部門加快電氣化轉(zhuǎn)型速度，而電池則是支持相關(guān)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)電氣化的關(guān)鍵技術(shù)。為此，2023年9月26日，歐洲電池技術(shù)與創(chuàng)新平臺“電池歐洲”（Batteries Europe）和歐洲能源研究聯(lián)盟“電池2030+”（BATTERY 2030+）聯(lián)合研究計劃工作組分別發(fā)布《歐洲電池研發(fā)創(chuàng)新路線圖》和第三版《電池2030+路線圖》，指出歐洲必須加強在材料開發(fā)、數(shù)字化和應(yīng)用工程方面的能力，為可持續(xù)和創(chuàng)新的電池制造奠定堅實的基礎(chǔ)，并在全球市場上競爭，是歐洲電池技術(shù)未來發(fā)展的方向。

一、歐盟電池研發(fā)布局現(xiàn)狀

（一）戰(zhàn)略規(guī)劃

歐盟極為重視對電池儲能技術(shù)的研發(fā)，希望通過開發(fā)高性能電池搶占未來電氣化社會競爭制高點。2017年11月，歐盟委員會發(fā)布了“戰(zhàn)略能源技術(shù)規(guī)劃”（SET-Plan）電池實施計劃，提出電池研究創(chuàng)新的重點領(lǐng)域：電池材料/化學(xué)/設(shè)計和回收、制造技術(shù)、電池應(yīng)用和集成。歐盟在SET-Plan框架下建立了側(cè)重基礎(chǔ)研究合作的歐洲能源研究聯(lián)盟和產(chǎn)業(yè)界牽頭的歐洲技術(shù)與創(chuàng)新平臺，利用兩種協(xié)調(diào)互補的機制，致力于構(gòu)建全鏈條貫通的能源技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。以電池領(lǐng)域為例，2017年至2019年，陸續(xù)建立了歐洲電池產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（EBA250）、歐洲技術(shù)與創(chuàng)新平臺“電池歐洲”（Batteries Europe）和歐洲能源研究聯(lián)盟“電池2030+”聯(lián)合研究計劃推進不同技術(shù)成熟度的研究和開發(fā)工作，相互銜接互補的機制構(gòu)建起歐洲電池研究與創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。在該機制下，“電池2030+”聯(lián)合研究計劃工作組于2020年3月發(fā)布首個電池研究路線圖，提出未來10年歐盟電池技術(shù)基礎(chǔ)研究重點將圍繞材料開發(fā)、相界面研究、先進傳感器、自修復(fù)功能四個主要領(lǐng)域，開發(fā)智能、安全、可持續(xù)且具有成本競爭力的超高性能電池。與此同時，“電池歐洲”在同年12月發(fā)布了其第一個《電池戰(zhàn)略研究議程》，明確了到2030年從電池應(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)勢四方面關(guān)鍵行動，旨在推進電池價值鏈相關(guān)研究和創(chuàng)新行動的實施。

（二）項目研發(fā)

2018年6月，歐盟在“地平線2020”計劃基礎(chǔ)上制定了“地平線歐洲”框架計劃，明確支持“可再生能源存儲技術(shù)和有競爭力的電池產(chǎn)業(yè)鏈”，為其投入150億歐元的研發(fā)經(jīng)費。同年7月更新了“地平線2020”計劃中能源和交通運輸領(lǐng)域的2018—2020年項目資助計劃，新增一個主題名為“建立一個低碳、彈性的未來氣候：下一代電池”跨領(lǐng)域研究活動，旨在整合“地平線2020”計劃中2018—2020年分散資助的與下一代電池有關(guān)的研究創(chuàng)新工作，推動歐盟電池技術(shù)創(chuàng)新突破，開發(fā)更具成本競爭力、更高性能和更長壽命的電池技術(shù)。2021年1月，歐盟宣布設(shè)立一個歐洲共同利益重要項目（IPCEI）“歐洲電池創(chuàng)新”，由歐洲十二國共同投入29億歐元，并將撬動90億歐元的私人投資，主要涉及的研究領(lǐng)域包括：原材料和先進材料；電池單元；電池系統(tǒng)；回收和循環(huán)經(jīng)濟，旨在推進電池價值鏈的創(chuàng)新研發(fā)，建立泛歐電池生態(tài)系統(tǒng)。

二、路線圖解讀

（一）兩份路線圖聯(lián)系與區(qū)別

為促進歐洲電池制造產(chǎn)量的增長，同時提供更有競爭力和可持續(xù)的解決方案，實現(xiàn)2030年歐洲電池綜合產(chǎn)能達到886吉瓦時的目標，歐洲到2030年必須建立全球最先進的電池創(chuàng)新生態(tài)體系。為此，歐洲電池技術(shù)與創(chuàng)新平臺“電池歐洲”（Batteries Europe）發(fā)布《歐洲電池研發(fā)創(chuàng)新路線圖》，更側(cè)重以產(chǎn)業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向，匯集來自工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的專家來建立整個電池價值鏈發(fā)展的計劃方案，并全面概述了主要研究領(lǐng)域、目標和路線圖，提出短中長期推動電池相關(guān)領(lǐng)域研究的優(yōu)先事項。而歐洲能源研究聯(lián)盟“電池2030+”聯(lián)合研究計劃工作組發(fā)布的《電池2030+路線圖》更側(cè)重于歐洲電池基礎(chǔ)研究的長期需求，重點關(guān)注數(shù)字技術(shù)，創(chuàng)造更智能、更高性能、更耐用的電池，并將改變電池研究的方式。通過開發(fā)超高性能、耐用、安全、可持續(xù)和負擔得起的電池材料、組件和原電池，從基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)現(xiàn)上支撐電池的實際應(yīng)用。

圖1 歐洲電池研究與創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)示意圖

（二）《歐洲電池研發(fā)創(chuàng)新路線圖》解讀

《歐洲電池研發(fā)創(chuàng)新路線圖》確定了六大研究領(lǐng)域（新興技術(shù)、原材料及其回收、先進材料、電池設(shè)計和制造、應(yīng)用與集成-交通儲能、應(yīng)用與集成-固定儲能）的33個具體戰(zhàn)略研究主題以及17個交叉研究主題，并提出這些研究主題在短（2027年）、中（2030年）以及長期（2030年后）的研究內(nèi)容。

1、新興技術(shù)

開發(fā)高性能的新型電池技術(shù)，滿足應(yīng)用需求，對于實現(xiàn)歐盟的碳中和目標至關(guān)重要。該領(lǐng)域確定了10個戰(zhàn)略研究主題，包括：①先進氧化還原液流電池；②金屬空氣電池；③金屬硫電池；④水基電池；⑤無負極電池；⑥多價非水基電池系統(tǒng)；⑦混合超級電容器-電池；⑧多模態(tài)多尺度相關(guān)表征技術(shù)；⑨仿生學(xué)；⑩電池材料和電池的可持續(xù)性設(shè)計。2個交叉研究主題：①使用廉價、豐富且易于回收的材料制造電池；②新興電池技術(shù)加速材料發(fā)現(xiàn)和多尺度建模。未來為促進基礎(chǔ)研究進一步工業(yè)應(yīng)用，建議開發(fā)電池專用技術(shù)成熟度標準化框架，實現(xiàn)電池、材料、模塊等快速開發(fā)。本領(lǐng)域具體短、中、長期研究內(nèi)容如表1所示。

2、原材料及其回收

到2030年實現(xiàn)鋰金屬回收率達到90%、鈷和鎳金屬回收率均達到95%的目標。該領(lǐng)域確定了6個戰(zhàn)略研究主題，包括：①新型逆向物流解決方案和收集模式；②現(xiàn)有回收工藝對新技術(shù)的適用性；③鋰電池的回收新工藝和其他新興技術(shù)；④二次原料整合；⑤鈉離子和其他新的化學(xué)電池供應(yīng)鏈；⑥可持續(xù)的原材料采購和加工。3個交叉研究主題：①可持續(xù)性評估工具（參考數(shù)據(jù)可用性和方法框架）；②安全和可持續(xù)性設(shè)計；③利用混合模型優(yōu)化回收流程的數(shù)字孿生。未來需在歐洲層面進行交流合作，增加歐洲關(guān)鍵原材料供應(yīng)，采用適用性強的回收工藝提高技術(shù)競爭力，支持開發(fā)更可持續(xù)的原材料和二次材料高質(zhì)量利用。本領(lǐng)域具體短、中、長期研究內(nèi)容如表2所示。

3、先進材料

到2030年電池組成本控制在75歐元/千瓦時之內(nèi)，該領(lǐng)域確定了5個戰(zhàn)略研究主題，包括：①第三代鋰電池材料研發(fā)（交通儲能）；②第四代固態(tài)電池材料研發(fā)（交通儲能）；③長效鋰電池材料研發(fā)（固定儲能）；④鈉離子電池材料研發(fā)（交通和固定儲能）；⑤釩基氧化還原液流電池材料（固定儲能）。3個交叉研究主題：①可持續(xù)性（減少關(guān)鍵材料的使用）；②安全性（材料本身以及相互作用產(chǎn)生的人體健康和環(huán)境危害）；③數(shù)字化（采用人工智能發(fā)現(xiàn)新的電池材料）。未來必須更多考慮可持續(xù)性和安全性，特別關(guān)注新型電池化學(xué)材料，在可回收性的基礎(chǔ)上實現(xiàn)成本的降低和關(guān)鍵原材料的穩(wěn)定供應(yīng)。本領(lǐng)域具體短、中、長期研究內(nèi)容如表3所示。

4、電池設(shè)計和制造

該領(lǐng)域著眼于目前歐洲大規(guī)模電池制造和未來技術(shù)應(yīng)用，確定了4個戰(zhàn)略研究主題：①可持續(xù)電池設(shè)計；②電池的可持續(xù)制造；③靈活性制造技術(shù)；④工藝和產(chǎn)品規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化。3個交叉研究主題：①可持續(xù)性（再生原料對電池設(shè)計、制造材料選擇和應(yīng)用的影響）；②安全性（電池設(shè)計、材料選擇和可回收性的安全研究）；③數(shù)字化（可持續(xù)設(shè)計和電池制造過程的數(shù)字孿生）。本領(lǐng)域具體短、中、長期研究內(nèi)容如表4所示。

5、應(yīng)用與集成-交通儲能

交通儲能領(lǐng)域重點關(guān)注電池在交通應(yīng)用方面的關(guān)鍵事項，包括5個戰(zhàn)略研究主題：①公路領(lǐng)域；②水路領(lǐng)域；③航空領(lǐng)域；④鐵路領(lǐng)域；⑤非公路機械領(lǐng)域。3個交叉研究主題包括：①快速充電；②電池更換；③關(guān)鍵指標預(yù)測（如電量、健康、溫度、功率等）。未來需確定（新興）應(yīng)用中電池系統(tǒng)的要求、強化電池系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)以及結(jié)合互操作性和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，提高可持續(xù)性旨在實現(xiàn)電池行業(yè)的規(guī)模效益。本領(lǐng)域具體短、中、長期研究內(nèi)容如表5所示。

6.應(yīng)用與集成-固定儲能：

固定儲能領(lǐng)域主要包括3個戰(zhàn)略研究主題：①供電側(cè)電池儲能系統(tǒng)；②需求側(cè)電池儲能系統(tǒng)；③中長時電池儲能。3個交叉研究主題：①數(shù)字化（重點是先進的電池管理系統(tǒng)、電池運行的新算法等）；②可持續(xù)性（重點關(guān)注再利用電池的設(shè)計）；③安全性（電池儲能系統(tǒng)的安全性、效率和延長壽命）。未來需特別關(guān)注現(xiàn)有或新的長時儲能技術(shù)，對提高可再生能源發(fā)電和電網(wǎng)靈活性至關(guān)重要。本領(lǐng)域具體短、中、長期研究內(nèi)容如表6所示。

（三）第三版《電池2030+路線圖》解讀

第三版《電池2030+路線圖》是歐洲能源研究聯(lián)盟“電池2030+”聯(lián)合研究計劃工作組根據(jù)目前歐洲現(xiàn)狀、國際研究進展以及“地平線2020”、“地平線歐洲”框架計劃資助的項目，對上一版本路線圖中的研究方向進行了細化。提出“電池2030+”目標是開發(fā)安全、經(jīng)濟、可持續(xù)、長壽命的超高性能電池，側(cè)重于技術(shù)成熟度更低的基礎(chǔ)研究階段，為整個價值鏈中的歐洲電池行業(yè)提供新工具和突破性技術(shù)，使歐洲在現(xiàn)有市場（如交通儲能和固定儲能）和未來新興領(lǐng)域（如機器人、航空航天、醫(yī)療設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)等）占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位。為此，該路線圖提出了電池未來可持續(xù)發(fā)展的3大主題的6個研究領(lǐng)域。

圖2 “電池 2030+”愿景整體示意圖

注：“電池 2030+”愿景是通過一種化學(xué)中和的方法，開發(fā)未來的可持續(xù)電池，為交通儲能、固定儲能、醫(yī)療設(shè)備和機器人等預(yù)期應(yīng)用提供最優(yōu)化的超高性能電池。“電池 2030+”側(cè)重于三大主題的六個研究領(lǐng)域，這些主題和領(lǐng)域之間聯(lián)系緊密，都為加速電池的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)提供了新的工具。

1、加速電池界面和材料研究主題

需要特別關(guān)注電池中許多材料界面上發(fā)生的復(fù)雜反應(yīng)。該領(lǐng)域核心是開發(fā)一個共享的歐洲數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，能夠自動采集、處理和使用電池開發(fā)周期所有領(lǐng)域的數(shù)據(jù)。利用人工智能（AI）開發(fā)電池界面基因組（BIG）和建立材料加速平臺（MAP）大幅加快新型電池材料開發(fā)。

2、智能功能集成研究主題

“電池2030+”提出了兩種不同且互補的方案：①開發(fā)直接在電池單元級別探測化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)的傳感器；②使用自愈功能來恢復(fù)運行電池單元內(nèi)損害的功能。

3、交叉研究主題

主要包括電池的可制造性和可回收性：①可制造性領(lǐng)域?qū)⒅攸c關(guān)注電池、電池組件和材料的制造、制造過程中電池內(nèi)部產(chǎn)生的界面效應(yīng)。②可回收領(lǐng)域重點研究一種基于數(shù)據(jù)收集和分析的新回收模式，將電池組自動拆卸到電池級別，盡可能重復(fù)使用；將電池單元自動拆解以最大限度地增加個性化組件的數(shù)量；以及開發(fā)選擇性粉末回收技術(shù)，將粉末修復(fù)為電池活性材料，可在交通/固定應(yīng)用的電池中重復(fù)使用等。

第三版《電池2030+路線圖》3大研究主題的6個研究領(lǐng)域具體短期（3年）、中期（6年）、長期（10年）研究內(nèi)容如表7所示。??表7“電池2030+”主要研究領(lǐng)域短、中、長期研究內(nèi)容

三、下一步計劃

為促進路線圖相關(guān)技術(shù)滿足整個電池價值鏈需求，“電池歐洲”將不斷跟蹤本次路線圖中提到的技術(shù)發(fā)展態(tài)勢，例如，目前還處在概念階段的新興技術(shù)，提供新興技術(shù)路線圖和關(guān)鍵績效指標，確定今后需要采取的進一步研發(fā)創(chuàng)新行動。而“電池2030+”聯(lián)合研究計劃工作組將在未來十年內(nèi)，基于目前路線圖制定的研究領(lǐng)域開發(fā)一個包含具體研發(fā)行動的閉環(huán)模型，以促進歐洲電池生態(tài)系統(tǒng)進行長期、變革性的基礎(chǔ)研究。