鋰離子電池廣泛應(yīng)用于固定儲能市場和交通運(yùn)輸市場，它們也是消費(fèi)電子產(chǎn)品中的主要電源。多家琛分析機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，鋰離子電池在未來10年內(nèi)仍將占據(jù)儲能部署的大部分市場份額。

儲能技術(shù)正在從鉛酸電池過渡到具有更長的循環(huán)壽命和工作壽命的電池，例如鋰離子電池。但是，鋰離子電池的易燃性是需要在系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)的問題。而普魯士藍(lán)類鈉離子電池是另一種提供高功率和極長循環(huán)壽命的新型電池，可以滿足苛刻的直流應(yīng)用性能要求。美國能源部為此為開發(fā)和生產(chǎn)這種電池的一家初創(chuàng)公司提供了資助。

1.鋰離子電池市場

鋰離子電池市場是增長最快的可充電電池市場。從2013年至2018年，鋰離子電池在所有市場的全球銷售額增長了一倍以上。交通運(yùn)輸行業(yè)在鋰離子電池市場上占主導(dǎo)地位，也是增長最快的行業(yè)，各種汽車采用了60%的鋰離子電池。根據(jù)Avicenne公司發(fā)布的調(diào)查報(bào)告，全球鋰離子電池市場規(guī)模在2018年為400億美元，如圖9所示，這相當(dāng)于在全球部署172GWh的電池儲能系統(tǒng)，到2019年增至195GWh。

幾家分析機(jī)構(gòu)預(yù)測未來十年的鋰離子市場發(fā)展趨勢。其基本假設(shè)以及分析中包括的市場取決于具體的來源。本節(jié)概述了這些分析和假設(shè)。

圖9.全球鋰離子電池在未來10年在各種市場的應(yīng)用

圖11. Avicenne公司對鋰離子電池在全球各地市場的部署預(yù)測

彭博社新能源財(cái)經(jīng)公司(BNEF)和Avicenne公司預(yù)測了2030年全球所有市場的鋰離子電池部署情況，分別如圖10和11所示。彭博社新能源財(cái)經(jīng)公司預(yù)測，鋰離子電池在全球消費(fèi)類電子產(chǎn)品、固定儲能市場和運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用將超過2TWh。Avicenne公司的預(yù)測涵蓋了以下兩種情況的市場以及其他市場(例如醫(yī)療設(shè)備和電動工具)，而兩項(xiàng)研究中，都認(rèn)為交通運(yùn)輸行業(yè)將采用90%以上的鋰離子電池。彭博社新能源財(cái)經(jīng)公司(BNEF)預(yù)計(jì)到2030年運(yùn)輸行業(yè)采用的鋰離子電池容量將達(dá)到1.8TWh，而Avicenne公司預(yù)計(jì)到2030年運(yùn)輸行業(yè)采用的鋰離子電池容量將達(dá)到0.7～1.0TWh。

國際能源署(IEA)發(fā)布的《2020年全球電動汽車展望》報(bào)告只評估了交通運(yùn)輸行業(yè)，并按國家和地區(qū)預(yù)測了混合動力和插電式混合動力電動汽車(xEV)的銷量。評估的第一種情況是“既定政策，并基于當(dāng)前的目標(biāo)、計(jì)劃和政策措施。此方案包括各國實(shí)現(xiàn)的混合動力和插電式混合動力電動汽車(xEV)部署目標(biāo)、燃油車輛淘汰計(jì)劃、購買激勵措施，以及針對全球七個(gè)主要市場(美國、歐盟、中國、日本、加拿大、智利、印度)。還考慮了原始設(shè)備制造商發(fā)布的有關(guān)擴(kuò)大混合動力和插電式混合動力電動汽車(xEV)車型范圍的計(jì)劃以及擴(kuò)大其產(chǎn)量的計(jì)劃的公告。

圖12.根據(jù)國際能源署(IEA)STEPS情景下預(yù)計(jì)的全球鋰離子電池部署量(按車輛類別：電動客車、輕型車輛、中型和重型車輛)

圖13.根據(jù)國際能源署(IEA)STEPS情景下預(yù)計(jì)的全球鋰離子電池部署量(按地區(qū))

鋰離子電池容量是根據(jù)全球汽車銷售量(按類別)以及每種汽車的典型車載電池尺寸估算得出的。

國際能源署(IEA)還評估了第二種方案“可持續(xù)發(fā)展方案”，該方案假設(shè)混合動力和插電式混合動力電動汽車(xEV)占據(jù)了全球輕、中、重型車輛和公共汽車的30%的汽車銷售份額。在這種情況下，到2030年可以增加多達(dá)3TWh的鋰離子電池容量。圖14比較了國際能源署(IEA)的這兩種情況。

圖14. 根據(jù)國際能源署(IEA)STEPS情景下，在xEV行業(yè)中預(yù)計(jì)的全球年度鋰離子電池部署量

盡管有許多其他預(yù)測，但歐洲電動汽車市場規(guī)模在2020年首次超過了中國，預(yù)計(jì)2020年將超過100萬輛電動汽車。這種增長與歐洲的持續(xù)政策和補(bǔ)貼有關(guān)，而中國則減少了其電動汽車補(bǔ)貼。例如，德國已設(shè)定了到2030年生產(chǎn)710萬輛電動汽車的目標(biāo)，并為每輛新型電動汽車和混合動力汽車提供最高9000歐元的補(bǔ)貼。德國還將在電池的研究和生產(chǎn)上投資超過15億歐元，計(jì)劃到2025年開始擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。

為了支持電動汽車市場的快速擴(kuò)展，許多廠商都在投資電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施。全球電動汽車充電端口目前超過了100萬個(gè)，這是過去三年總和的兩倍。歐洲是電動汽車市場擴(kuò)張的領(lǐng)頭羊，其電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施在2017年至2020年之間增長了五倍。在同一時(shí)期，中國增長了158%，美國的增長了65%。而在氫燃料電池汽車方面進(jìn)行了大量投資的日本只增長了30%。

與交通運(yùn)輸行業(yè)的增長相比，固定儲能增長比較平緩。這通常是因?yàn)榭稍偕茉赐ǔＪ浅杀咀畹偷陌l(fā)電來源，但是需要存儲其電力以減緩可變性。而美國是全球固定儲能部署的領(lǐng)導(dǎo)者。例如，在太陽能發(fā)電設(shè)施替代裝機(jī)容量為9GW的天然氣發(fā)電設(shè)施之后，加州電網(wǎng)估計(jì)需要部署裝機(jī)容量為12GW的儲能系統(tǒng)進(jìn)行平衡。到目前為止，加州公用事業(yè)委員會已批準(zhǔn)了裝機(jī)容量總計(jì)為5.1GW的電池儲能系統(tǒng)，計(jì)劃到2022年完成部署。

圖15.全球鋰離子電池生產(chǎn)區(qū)域

如圖15所示，全球鋰離子電池制造的大部分都在中國、美國、亞洲其他國家和歐洲各國。如今，中國以將近全球電池產(chǎn)能80%(電池容量為525GWh)占據(jù)市場主導(dǎo)地位。此外，到2025年電池產(chǎn)能將達(dá)到1400GWh，其市場占有率超過60%(圖16)。相比之下，美國落基山研究所預(yù)計(jì)2023年全球鋰離子電池的生產(chǎn)能力為1300GWh，其中一半在中國。

圖16. 計(jì)劃建設(shè)(藍(lán)色)或在建(紅色)的鋰離子電池制造工廠生產(chǎn)能力

美國是全球第二大電池生產(chǎn)國，其電池生產(chǎn)能力為當(dāng)前全球電池生產(chǎn)容量的8%，這主要?dú)w功于內(nèi)華達(dá)州運(yùn)營的特斯拉和機(jī)松下公司合資的電池工廠。而如今美國正在建設(shè)更多的電池生產(chǎn)工廠，而憑借積極的新法規(guī)和政府支持的融資，歐洲的電池制造業(yè)有望顯著增長。

盡管當(dāng)今中國在電池制造業(yè)中已經(jīng)確立主導(dǎo)地位，但由交通運(yùn)輸行業(yè)推動的增長可能會改變未來的全球足跡。歐洲為在本地和區(qū)域性增長制定了強(qiáng)有力的政策和激勵措施。歐洲電池聯(lián)盟預(yù)測，到2025年，歐洲的電池制造行業(yè)規(guī)模可能達(dá)到2500億歐元。目前，計(jì)劃在法國的杜文市和德國的凱撒斯勞滕建設(shè)兩個(gè)大型生產(chǎn)工廠，這些工廠可以為100萬輛電動汽車生產(chǎn)電池。法國和德國在電池生產(chǎn)的投資分別為15億歐元和35億歐元。

圖17.全球鋰離子電池組件制造分布

電池和原料(例如金屬)的供應(yīng)和精煉以及各種鋰離子化學(xué)物質(zhì)的分配是鋰離子市場上的重要考慮因素，但不在本文檔的范圍之內(nèi)。

3.鋰離子電池研發(fā)

美國能源部車輛技術(shù)辦公室已經(jīng)確定了xEV電池(以及12V起停動力電池)的商業(yè)化所面臨的主要挑戰(zhàn)：成本、性能、壽命、耐受性、回收利用和可持續(xù)性。針對這些改進(jìn)的關(guān)鍵研究領(lǐng)域包括：

•快速充電能力

•硅陽極

•高能的低鈷陰極

•高壓陰極

•高壓電解液

•鋰金屬陽極

•固態(tài)電池

•電池回收。

圖18提供了xEV鋰離子電池的成本和技術(shù)發(fā)展趨勢。圖19概述了候選電池技術(shù)及其滿足美國能源部(DOE)成本目標(biāo)的可能能力。由于不同電池技術(shù)的差異很大，電池研究還包括多個(gè)活動的重點(diǎn)是解決整個(gè)電池供應(yīng)鏈中的高成本領(lǐng)域。

圖18.電動汽車鋰離子電池的成本和技術(shù)趨勢

圖19.未來各種電池技術(shù)成本降低的潛力

三、鉛酸電池

鉛酸電池如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用在交通運(yùn)輸和固定儲能市場用，主要為所有類型的公路和越野車輛提供SLI服務(wù)。此外，鉛酸電池大量應(yīng)用在工業(yè)部門，其中包括電信行業(yè)備份電源、UPS和數(shù)據(jù)中心以及叉車。如今，用于電網(wǎng)相關(guān)儲能系統(tǒng)的應(yīng)用量相對較少。

1.鉛酸電池市場

2013～2018年，全球鉛酸電池年銷售額增長了20%以上，達(dá)到370億美元。目前，鉛酸電池占到所有可充電電池市場的70%以上;鉛酸電池銷售額的75%來自汽車SLI領(lǐng)域。江森自控公司以233億美元的銷售在汽車行業(yè)占主導(dǎo)地位。而Enersys公司以142億美元的銷售額在工業(yè)行業(yè)中領(lǐng)先。圖20和圖21分別以應(yīng)用場合和行業(yè)銷售額(10億美元)與儲能容量(GWh)的比例展現(xiàn)當(dāng)前的全球鉛酸電池市場情況。

圖20.按應(yīng)用劃分的2018年全球鉛酸電池部署量(%GWh)

圖21.按公司劃分的2018年鉛酸電池銷售量

圖22.預(yù)計(jì)全球所有市場的鉛酸蓄電池需求

預(yù)計(jì)到2025年，新車的銷售量將使鉛酸電池需求可能小幅增長，屆時(shí)其增長將趨于平穩(wěn)(如圖23所示)。由于更換電池的時(shí)間比較頻繁(最短的工作壽命為3年)，盡管中型和重型車輛的電池規(guī)模更大，但由于它們在總銷量中的顯著優(yōu)勢，所有SLI應(yīng)用(GWh)中有70%以上都來自輕型車輛(如圖24所示)。

圖24.按類別劃分的汽車銷量預(yù)計(jì)鉛酸電池產(chǎn)能增加量

用于混合動力汽車起停(12V)的鉛酸電池是鉛酸電池市場潛在的增長領(lǐng)域。微型混合動力汽車比傳統(tǒng)汽車節(jié)省5%的燃料，其價(jià)格比全混合動力電動汽車便宜10倍。

如圖25和26所示，2017年是固定儲能市場鉛酸電池快速增長的元年。圖25表明，其增長主要是由中國的強(qiáng)勁市場需求推動的，歐洲也有一些增長，而美國的增長則很少。圖26詳細(xì)說明了應(yīng)用領(lǐng)域細(xì)分情況。在2017年之前，固定市場主要是與電網(wǎng)相關(guān)的應(yīng)用，此外工業(yè)用途也推動了爆炸性增長。

鉛酸電池行業(yè)廠商認(rèn)為，基于技術(shù)進(jìn)步和市場發(fā)展，鉛酸電池在未來的固定式儲能市場中仍然具有巨大的商機(jī)，其中包括：

·投資于電池雙極設(shè)計(jì)以增加能量密度，并降低成本。

·用戶側(cè)儲能和其他對安全至關(guān)重要的應(yīng)用。

·電信行業(yè)將在發(fā)展中國家發(fā)展，并用于5G技術(shù)的部署。

圖25全球鉛酸電池市場增長主要是由中國的強(qiáng)勁需求推動(2008年～2020年)

圖26 鉛酸電池在各種領(lǐng)域的應(yīng)用(2008年～2020年)

2.鉛酸電池在美國的生產(chǎn)

在美國，鉛酸電池行業(yè)的年產(chǎn)值為263億美元。它們在美國國內(nèi)生產(chǎn)，并且99%被回收。鉛酸電池在美國18個(gè)州生產(chǎn)。此外，美國有10個(gè)州有電池回收設(shè)施，有9個(gè)州擁有技術(shù)開發(fā)設(shè)施，還有10個(gè)州的公司為鉛酸工業(yè)提供原材料(例如石墨)或設(shè)備。鉛酸電池行業(yè)已經(jīng)在美國38個(gè)州創(chuàng)造了近25,000個(gè)工作崗位(制造。回收、運(yùn)輸、分配和采礦)。圖27和28分別顯示了美國電池制造設(shè)施分布和創(chuàng)造的就業(yè)機(jī)會。

圖27.美國鉛酸電池行業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)分布

圖28美國各州與鉛酸電池行業(yè)相關(guān)的工作分布