中歐電池產(chǎn)業(yè)正在形成一種新的紐帶，資本、技術(shù)和市場相互交織、深度融合。中歐企業(yè)加強(qiáng)互利合作，有利于雙方發(fā)揮各自優(yōu)勢，在全球新能源汽車市場上占據(jù)主動地位。
直到2021年，歐洲生產(chǎn)的電動汽車的電池基本上都來自國外。歐洲不得不面對亞洲企業(yè)占據(jù)著全球電池市場主要份額的事實(shí)。隨著中國電池企業(yè)以領(lǐng)先的形象出現(xiàn)在全球用戶面前，歐洲加大力度扶持本土電池制造商，雙方在電池市場中的合作與競爭深度交織。加強(qiáng)互利合作，或許是中歐共同應(yīng)對氣候變化和能源危機(jī)的正確道路。
歐洲此前為何放棄本土生產(chǎn)電池之路?為何要重新布局相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈?實(shí)現(xiàn)這一愿景還有哪些困難?新型電池研發(fā)能否“彎道超車”……科技日報駐德國記者就此采訪了德國漢諾威大學(xué)固體物理研究所教授張琳、弗勞恩霍夫電池聯(lián)盟發(fā)言人凱·克里斯蒂安·穆勒(Kai-Christian Moeller)博士等電池專家。
機(jī)遇難逢，中國電池融入歐洲市場
中國的電池和新能源汽車正源源不斷進(jìn)入歐洲市場。前有漢諾威國際商用車展上中國電池生產(chǎn)商寧德時代與多家全球領(lǐng)先的整車企業(yè)簽署合作協(xié)議，并榮獲“戴姆勒卡車供應(yīng)商獎”;后有德國汽車租賃公司SIXT與中國電動車企業(yè)比亞迪簽訂了10萬輛新能源汽車的訂單，中國新能源產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展勢頭良好。
根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)SNE Research的報告，2022年上半年，全球動力電池裝機(jī)量為202GWh，較去年同期的115GWh大幅提升75.65%。市場份額占比TOP20的企業(yè)中，中國企業(yè)有15家，市場份額合計占比為61.88%。而同比增速超過100%的12家動力電池廠商中，11家是中國企業(yè)。
自2017年開始，寧德時代已連續(xù)5年蟬聯(lián)全球動力電池銷量冠軍。2022年上半年，寧德時代的動力電池在全球占比高達(dá)34.16%。“我們很自豪能夠與其他全球領(lǐng)先企業(yè)一道，成為推動行業(yè)電動化的重要力量。”寧德時代海外商用事業(yè)部執(zhí)行總裁李小寧在漢諾威國際商用車展上如此表述。
無論是寧德時代CTP和MTV結(jié)構(gòu)創(chuàng)新電池，還是比亞迪的全新刀片電池，中國的動力電池產(chǎn)品在安全性能、強(qiáng)度、續(xù)航能力、使用壽命、充放電功率、低溫性能等方面已經(jīng)具有了綜合優(yōu)勢。
與此同時，歐洲的電動汽車銷量正在快速增長。根據(jù)歐洲汽車制造商協(xié)會(ACEA)的數(shù)據(jù)，2022上半年在歐盟銷售的新車中約十分之一是純電動車。歐洲計劃到2035年逐步淘汰汽油和柴油動力汽車。目前仍然缺乏本土電池企業(yè)的歐洲成為了中國動力電池最大的海外市場。
成本太高，歐洲企業(yè)一度放棄電芯生產(chǎn)
歐洲一直是電池研究的重要基地，但出于成本的原因，近年來歐洲逐漸放棄生產(chǎn)電池。
據(jù)戴姆勒公司的專家介紹，戴姆勒曾是電動汽車研究的先行者，早在2012年就在德國薩克森州生產(chǎn)鋰電池。但其產(chǎn)品與其他廠商的電池相比沒有太大優(yōu)勢，加之產(chǎn)能受限，成本高昂，在虧損中堅持了三年之后，戴姆勒于2015年12月關(guān)閉了這家鋰電池生產(chǎn)工廠。
當(dāng)時，戴姆勒CEO蔡澈說：“戴姆勒曾是德國唯一自己生產(chǎn)電芯的公司，可我們今天意識到，我們完全可以在全球采購它!”
汽車電子供應(yīng)商博世也是早期從事電動汽車電池業(yè)務(wù)的公司之一，并且擁有很多相關(guān)專利。截至2021年8月，博世公司在全球鋰電池行業(yè)專利申請方面排名第三，專利申請數(shù)量為2571項(xiàng)。
考慮到亞洲供應(yīng)商的先發(fā)技術(shù)優(yōu)勢，2018年博世公司評估后認(rèn)為，需要投資200億歐元才能在2030年取得20%的市場份額，而且投資是否能、何時能得到回報還是未知數(shù)。因此，在對市場、技術(shù)、成本和投資慎重評估后，博世公司作出放棄電芯生產(chǎn)的戰(zhàn)略決策。
接受科技日報記者采訪時，一位德國資深電池專家坦言：“現(xiàn)在來看真的很遺憾，博世公司在2018年作出了放棄電芯生產(chǎn)的戰(zhàn)略決策。”
在美歐企業(yè)放棄生產(chǎn)電池之后，電池生產(chǎn)行業(yè)逐漸集中到了亞洲地區(qū)。這是一個充分市場競爭的行業(yè)，目前有中日韓等國的多家企業(yè)的產(chǎn)品可供采購。
再起爐灶，歐洲大力扶持本土電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展
隨著全球新能源汽車的崛起，越來越多的車企意識到，電動汽車中的電池不僅僅是一個可更換的普通零部件。它是電動汽車的核心，也是最昂貴的部件，正在成為像以前的發(fā)動機(jī)一樣影響銷售的關(guān)鍵因素。
歐盟開始意識到，在歐洲建立完整的本土電池價值鏈?zhǔn)乔鍧嵞茉崔D(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)競爭的當(dāng)務(wù)之急。預(yù)計到2025年，歐洲電池行業(yè)的市場機(jī)會每年將達(dá)到約2500億歐元。
在歐盟的大力支持下，2017年，旨在促進(jìn)和發(fā)展本土電池電芯生產(chǎn)的歐盟電池聯(lián)盟(EBA)成立，14個歐盟成員國以及歐洲投資銀行，數(shù)百家公司和科研機(jī)構(gòu)參與其中。2022年4月，EBA提出新的行動計劃，希望到2030年歐盟本土電池產(chǎn)品能滿足自己90%的市場需求。
歐盟先后通過兩個“歐洲共同利益的重要項(xiàng)目(IPCEI)”，投入上百億歐元的資金扶持本土電池研發(fā)和生產(chǎn)。歐洲范圍內(nèi)本土電池企業(yè)如雨后春筍般出現(xiàn)。
這些企業(yè)中，瑞典電池企業(yè)Northvolt、德國大眾汽車和法國汽車電池公司ACC的發(fā)展最引人矚目。Northvolt的首座鋰電池工廠于2022年1季度量產(chǎn)，完善后預(yù)計年產(chǎn)能為16GWh。Northvolt計劃到2030年實(shí)現(xiàn)150GWh的產(chǎn)能。
大眾汽車于2022年7月在薩爾茨吉特開工建設(shè)首座40GWh的電池廠，計劃2025年投入量產(chǎn)。到2030年，大眾將在歐洲建造6座大型電池工廠，年總產(chǎn)能將達(dá)240GWh。
ACC正在法國建設(shè)首座13GWh的電池工廠，未來將擴(kuò)展到40GWh。此外，ACC還計劃在德國、意大利建設(shè)兩個產(chǎn)能為40GWh的工廠，到2030年ACC的電池產(chǎn)能合計將提升至120GWh。
與此同時，全球有40多家電池生產(chǎn)商宣布將在歐洲建立電池工廠。弗勞恩霍夫系統(tǒng)與創(chuàng)新研究所(ISI)發(fā)布報告稱，根據(jù)活躍在歐洲的電池制造商的公告，2022年歐洲可能實(shí)現(xiàn)124GWh的電池生產(chǎn)能力，到2025年，這一數(shù)字預(yù)計將達(dá)500GWh，到2030年甚至可能達(dá)到1.5TWh。
挑戰(zhàn)重重，歐洲電池企業(yè)需跨越四大難關(guān)
生產(chǎn)動力電池，歐洲企業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)。
首先是跨越量產(chǎn)難關(guān)。
亞洲電池企業(yè)普遍是從消費(fèi)電子用的鋰電池企業(yè)發(fā)展壯大而來的，通過多年的積累，其已逐步解決量產(chǎn)中遇到的各種難題。而歐洲自建產(chǎn)業(yè)鏈目前尚處于初級階段，很多新成立的電池生產(chǎn)企業(yè)缺乏類似的經(jīng)驗(yàn)，在量產(chǎn)過程中需要克服更多的困難。
“生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)對于鋰電池制造非常重要。鋰電池生產(chǎn)調(diào)試涉及至少4000個參數(shù)，即便同一批次的產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)電芯的均衡質(zhì)量控制都很不容易。而一模一樣的標(biāo)準(zhǔn)化工廠，換個地方新建，也需要很長時間來進(jìn)行調(diào)試。真正的挑戰(zhàn)則是大規(guī)模生產(chǎn)數(shù)百萬個質(zhì)量波動最小的電池。歐洲在這方面還有很長一段路要走。”德國某企業(yè)的電池專家接受記者采訪時說。
其次是保障原材料供應(yīng)。
目前，中國在電芯生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)市場份額占比很高。這意味著歐洲電池廠商所需的很多材料得向中國采購。以歐洲目前唯一開始批量生產(chǎn)的本土動力電池生產(chǎn)商N(yùn)orthvolt為例，其電池的很多核心材料來自中國供應(yīng)商。
歐洲正在原材料方面加大與美加澳等國的合作。但問題是新建供應(yīng)鏈必須付出巨大的時間和資金成本。例如，自采礦開始新建一個原材料基地，從初步可行性研究到投產(chǎn)至少需要10年，并且還需要努力幾年才能達(dá)到設(shè)計產(chǎn)能。
凱·克里斯蒂安·穆勒對記者說：“在建立GWh規(guī)模的電池生產(chǎn)時，確保供應(yīng)鏈安全、穩(wěn)定始終是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，這在任何地方和任何情況下都是如此，并非只是對歐洲公司而言。”他從事鋰電池研發(fā)工作近30年，其工作的弗勞恩霍夫電池聯(lián)盟包括24個研究機(jī)構(gòu)，研究范圍涵蓋電池材料、模塊設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)等。
再次是鋰電設(shè)備配套能力。
鋰電池生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜，大致分為極片制造、電芯組裝、電芯化成、檢測等階段，相關(guān)的制造設(shè)備訂單正在向各個細(xì)分領(lǐng)域的頭部企業(yè)聚攏，亞洲企業(yè)在這方面的優(yōu)勢明顯，有望成為歐洲新建電池工廠的核心設(shè)備供應(yīng)商。
以大眾公司的新電池廠為例。2022年1月，大眾和博世發(fā)表聯(lián)合聲明，計劃成立一家合資公司，為電池工廠供應(yīng)設(shè)備。但到了2022年6月，大眾公司還是將薩爾茨吉特電池工廠40Gwh的生產(chǎn)設(shè)備訂單給了中國鋰電設(shè)備供應(yīng)商。
最后是參與全球市場競爭。
亞洲電池企業(yè)正在利用歐洲本土電池企業(yè)尚未形成規(guī)模產(chǎn)能的時間窗口搶占市場份額。預(yù)計到2025年，寧德時代的電池產(chǎn)能將達(dá)到670GWh，比亞迪可能達(dá)到600GWh，LG新能源則計劃達(dá)到540GWh。從上游的鋰礦、鋰鹽，到電池的正負(fù)極材料、隔膜、制造設(shè)備等，領(lǐng)先企業(yè)均有較為完善的布局，并且圍繞新的電池結(jié)構(gòu)及材料體系，還在不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品迭代。
電池的生產(chǎn)是極端追求規(guī)模效應(yīng)的行業(yè)。歐洲本土電池企業(yè)能否在短時間內(nèi)擴(kuò)大產(chǎn)能，降低成本，是其參與市場競爭的關(guān)鍵。面對上游原材料價格上漲、競爭對手步步緊逼，以及整車廠對采購價格的嚴(yán)格控制等一系列挑戰(zhàn)，如何在殘酷的市場競爭中生存發(fā)展或許才是歐洲新興電池企業(yè)面臨的最大問題。
綠色壁壘，碳足跡門檻或是一把雙刃劍
2022年3月，歐洲議會通過了《歐盟新電池法規(guī)》，以更嚴(yán)格的要求驅(qū)動電池產(chǎn)業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型。從2024年7月1日開始，只有申報了碳足跡的電池才能投放到歐洲市場。2027年，歐洲將禁售超過最大碳足跡限值的電池。歐盟還強(qiáng)制要求進(jìn)行電池回收，重復(fù)利用鎳、鈷、鋰等金屬，減輕環(huán)保和原材料方面的壓力。
此外，歐盟還將強(qiáng)制對電池的整個供應(yīng)鏈進(jìn)行盡職調(diào)查，包括從原材料提煉、電芯生產(chǎn)到電池使用過程中所涉及的社會和環(huán)境風(fēng)險。這一系列新的監(jiān)管政策，無疑將有利于本土電池企業(yè)在歐洲的布局，彌補(bǔ)其在產(chǎn)品成本上的劣勢。
與此相呼應(yīng)的是，歐洲新建的電池企業(yè)高度重視電池從原料到產(chǎn)品的全生命周期的碳排放。歐洲運(yùn)輸與環(huán)境聯(lián)合會的數(shù)據(jù)顯示，電動車電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放范圍在61kg至106kg CO_2e/kWh，最高可以占據(jù)電動汽車全生命周期排放的60%以上。
Northvolt公司強(qiáng)調(diào)，由于使用了100%的可再生能源，其生產(chǎn)的電池碳足跡(約33kg CO_2e/kWh)僅為同類行業(yè)參考電池的三分之一，Northvolt到2030年希望達(dá)到10kg CO_2e/kWh 的目標(biāo)。
不過，構(gòu)建歐洲電池工業(yè)的綠色壁壘有一個重要的前提，那便是歐洲的電池產(chǎn)能可以滿足自己的需要。否則，這些措施會提高包括歐洲電池廠商在內(nèi)的生產(chǎn)成本，屆時亞洲領(lǐng)先企業(yè)的產(chǎn)品依然有競爭力。
寧德時代董事長曾毓群表示，基于動力電池碳足跡的構(gòu)成，通過綠色電力、大規(guī)模回收利用、技術(shù)工藝升級等措施，可實(shí)現(xiàn)絕大部分碳足跡的削減，再結(jié)合碳匯，可以實(shí)現(xiàn)零碳電池。2022年1季度，寧德時代共回收了2.1萬噸廢舊電池，并利用這些廢舊電池生產(chǎn)了1.8萬噸前驅(qū)體。2022年3月，寧德時代宜賓工廠獲得了國際認(rèn)證，成為全球首家電池零碳工廠。
轉(zhuǎn)換賽道，歐洲能否通過固態(tài)電池贏得先機(jī)
固態(tài)電池是下一代動力電池研發(fā)的重要方向，被認(rèn)為有望替代傳統(tǒng)鋰離子電池(LIB)。張琳重點(diǎn)研究新能源材料的設(shè)計、優(yōu)化以及回收技術(shù)，曾獲2019年萊布尼茨獎提名。在接受科技日報記者采訪時，她強(qiáng)調(diào)：“對于全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化，無論中國還是歐洲目前都處于初級階段。”
張琳介紹了歐洲在固態(tài)電池研究方面的長期積累。例如，寶馬與美國SolidPower公司合作，研發(fā)硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)，并計劃于2025年前推出固態(tài)電池原型車，2030年前用于量產(chǎn)車。大眾則與美國QuantumScape公司合作，著重于氧化物固態(tài)電解質(zhì)的研究，計劃2025年量產(chǎn)固態(tài)電池。
“歐洲的全固態(tài)鋰電池發(fā)展主要依賴于固體電解質(zhì)的發(fā)展。目前最具潛力的電解質(zhì)有氧化物、硫化物和聚合物，而硼氫化物和鹵化物在最近五年也有突破性進(jìn)展，但上述各類電解質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯。目前只有部分硫化物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率接近或者超過有機(jī)液體電解液的水平。因界面等方面的問題，其電化學(xué)穩(wěn)定性尚不盡如人意。”張琳說。
她強(qiáng)調(diào)指出，目前沒有一種完美的電解質(zhì)可以滿足應(yīng)用要求，因此還需要改善各類電解質(zhì)以獲得良好的綜合性能。基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究會迭代式向前發(fā)展。一些材料體系已經(jīng)開始慢慢進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)用過程中獲得的經(jīng)驗(yàn)會促進(jìn)基礎(chǔ)研究的發(fā)展。此外，還需要繼續(xù)努力探索發(fā)現(xiàn)新結(jié)構(gòu)的離子導(dǎo)體，使用高通量篩選計算結(jié)合實(shí)驗(yàn)將有助于發(fā)現(xiàn)新的化合物。
此外，她還談到，就氧化物固態(tài)電池而言，其電解質(zhì)具有相對較高的離子電導(dǎo)率和較穩(wěn)定的化學(xué)特性，對制備環(huán)境要求不苛刻，易于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。但與傳統(tǒng)鋰離子電池組相比，氧化物固態(tài)電池的成本還是偏高，性能也還需要一段時間去改進(jìn)。氧化物固態(tài)電池最有可能先應(yīng)用于高端電動汽車，因?yàn)榭蛻魹榱双@得更長的續(xù)航里程和更高的安全性，或許愿意為固態(tài)電池的溢價買單。
談到半固態(tài)電池，張琳說：“目前中國固態(tài)電池企業(yè)主要選擇基于固液混合電解質(zhì)的半固態(tài)電池的研發(fā)路線。雖然添加液態(tài)電解質(zhì)可能會在一定程度上降低熱穩(wěn)定性，但采用固液混合電解質(zhì)大規(guī)模生產(chǎn)半固態(tài)電池的工藝，更能兼容目前液態(tài)鋰離子電池的制造技術(shù)和設(shè)備。綜合考慮材料和設(shè)備等因素，半固態(tài)電池在短期內(nèi)更具可行性，已經(jīng)處于量產(chǎn)前夜。”
歐洲能否通過研發(fā)其他新型電池，例如鋰空氣電池或鋰硫電池，實(shí)現(xiàn)彎道超車?凱·克里斯蒂安·穆勒對此并不樂觀，他告訴科技日報記者：“這些新電池系統(tǒng)仍在開發(fā)中，推向市場還面臨很多問題。歐洲不可能依靠這些電池系統(tǒng)趕上亞洲電池廠商。”
優(yōu)勢互補(bǔ)，中歐電池產(chǎn)業(yè)期待互利合作
歐洲本土電池產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展進(jìn)程中。通過政策引領(lǐng)，上下游企業(yè)協(xié)同，歐洲的電池產(chǎn)能將在2025年前后開始逐步擴(kuò)大，并占據(jù)一定的全球市場份額。與此同時，歐洲企業(yè)還在不同的層面謀求電池產(chǎn)業(yè)的深遠(yuǎn)布局。例如，通過股權(quán)投資或合資方式與電池企業(yè)合作，向動力電池上游礦產(chǎn)資源滲透以保障穩(wěn)定產(chǎn)能供應(yīng)，加強(qiáng)對于產(chǎn)業(yè)鏈的控制等。
以德國巴斯夫公司為例，2021年8月，巴斯夫收購了中國鋰電材料龍頭企業(yè)杉杉能源51%的股權(quán)，積極推進(jìn)與寧德時代和蜂巢能源等電池企業(yè)在電池材料與回收領(lǐng)域的合作;在日本和美國，巴斯夫與老牌正極材料供應(yīng)商戶田工業(yè)建立合資企業(yè);在歐洲，巴斯夫在德國和芬蘭建設(shè)正極活性材料和正極材料前驅(qū)體的生產(chǎn)基地。巴斯夫已經(jīng)悄然成為全球最主要的鋰電池正極活性材料供應(yīng)商之一，不僅搶占了強(qiáng)大的市場優(yōu)勢，還成為首家在全球所有主要市場都擁有正極材料產(chǎn)能的公司。
再來看戰(zhàn)略目標(biāo)是成為世界三大電池制造商之一的德國大眾。2020年5月，大眾投資約11億歐元收購中國電池廠商國軒高科26%的股份，成為國軒高科的第一大股東。2022年上半年，國軒高科動力電池裝機(jī)量5.8GWh，全球排名第八。國軒高科正在為大眾開發(fā)第一代標(biāo)準(zhǔn)電芯。在大眾自建的電池工廠，國軒高科將作為技術(shù)合作伙伴，在電池工廠的生產(chǎn)布局、設(shè)備部署及生產(chǎn)工藝流程方面與大眾合作，幫助其實(shí)現(xiàn)電芯工業(yè)化生產(chǎn)。
從這個角度看，中歐電池產(chǎn)業(yè)正在形成一種新的紐帶，資本、技術(shù)和市場相互交織、深度融合。一方面，從產(chǎn)能規(guī)模、技術(shù)成熟度，以及供應(yīng)鏈把控能力等方面，中國企業(yè)有自己的優(yōu)勢;另一方面，歐洲也在不斷加強(qiáng)自身關(guān)鍵產(chǎn)品的供給能力。中歐企業(yè)加強(qiáng)互利合作，有利于雙方發(fā)揮各自優(yōu)勢，在全球新能源汽車市場上占據(jù)主動地位。展望未來，中歐攜手或許才是共同應(yīng)對氣候變化和能源危機(jī)的正確道路。
