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欧盟电池法正式生效,锂电产业链影响几何?

发表时间:2023-11-06 18:52

| 引言

    《欧盟电池和废电池法规》(以下简称“新电池法”)于8月17日正式落地生效。新的规定将对欧盟地区的电池设计、生产和回收等产业链全生命周期各环节产生深远影响。

其中,电池护照的信息公布尤为引起行业关注。根据全球电池联盟(Global Battery Alliance , 简称GBA)发布的电池护照概念验证,产品信息具有四个重要的组成部分: 电池信息(Battery)、材料信息(Material)、环境社会责任和公司治理信息(ESG)、数据源信息(Data)。
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那么,电池护照要求公布的信息,是否会给电池设计带来知识产权保护方面的挑战?
延伸到对电池设计的影响,电池护照的应用,会对电池设计提出哪些新的要求;欧洲市场的电芯设计构型会趋向多样化还是更加单一;企业在研发端可以做出哪些改变来应对新挑战、抓住新机遇。
同时,电池护照中包含部分制造段的信息,这对电池生产提出了更多的挑战还是机遇;设备企业应该如何帮助电池企业改善碳足迹均是目前行业所关注的热点话题。


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01

新电池法对电池设计端的影响

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电池护照要求公布的信息,是否会给电池设计带来知识产权保护方面的挑战?

根据GBA(Global Battery Alliance,国际电池联盟)给出的关于电池护照的几个Pilot(验证)的案例,里面确实公布了一些与电池包和电池单体设计有关的一些信息,比如整个电池包的能量等级,其中使用到的关键金属的质量等等。
但是就目前三个Pilot(验证)的案例来看,公布的信息相对属于现在在电池单体或电池包企业向整车公司供货的过程中也需要披露的信息,GBA电池护照并没有要求电池用户和电池生产者公布非常保密的信息,比如非常微量的金属掺杂、电池设计和制造过程中采用特殊工艺等等,因此就目前电池护照披露的范围,不会影响电池企业的知识产权保护。

电池护照的Pilot样例中包含了一些电池的性能信息,比如循环寿命,但部分企业选择不予公布,原因是什么?能否分享正向研发和仿真驱动设计在电池寿命预测和失效分析方面的最新研究成果?

电池循环寿命的问题是一个备受关注的议题。在电池护照的Pilot案例中,特斯拉是少数公布了电池循环寿命的企业之一,然而其公布的循环寿命数字相对较低,与国内一些整车企业宣称的电池寿命数字相比,更是远低于储能电池的数字。
实际上,从动力电池和储能电池的实际寿命来看,循环寿命的分布范围相当广泛。典型的私家车每周充放电两次,其使用寿命大约为10年,这种情况下并不要求动力电池具备超过5000次以上的循环寿命。
相比之下,储能电池在10年甚至20年的质保期内,要求达到接近7000次到12000次左右的循环寿命。这种广泛的寿命范围主要受到电池的构造、使用材料和关键工艺的影响。
然而,很多企业在实际应用中面临一定的压力,尤其是储能电池领域。竞争激烈的储能市场迫使企业在低成本、长寿命电芯方面寻求突破,这导致市面上出现一些高循环寿命的数字,有时甚至高达14000圈到12000圈,但很多企业发现在实验室条件下观察到的寿命与用户的期望之间存在差距。
对于为什么一些企业选择不公布循环寿命等性能信息,一是目前尚无强制性的规定,二是可能取决于电池护照在企业中的推广情况。在解决这一问题上,长寿命电池的设计和制造领域已经涌现出一些方案。
在电池的基本材料和配方上,已经存在面向储能电池长寿命的配方方案,这些方案有助于将循环寿命从常见的两三千次提高到铁锂常见的五六千圈次的循环寿命。此外,一些新型电解液、添加剂、锂盐等方案也为电池的设计和制造提供了更多可能性,这些方案主要涉及新的添加剂使用、材料选择以及工艺改进。
在此过程中,建模仿真方法在长寿命电池的研发中具有重要作用。现代电池模型已经具备了仿真电池内部老化机理的能力,从而可以从机理的角度预测材料、配方、设计和制造特征对寿命的影响。
此外,合理的建模方法还能够减少对长寿命多次循环实验的需求,加速面向寿命指标的电池研发过程,从而极大地缩短研发周期。
总之,电池循环寿命的问题涉及到动力电池和储能电池的广泛应用,不同于单一的应用需求,使得循环寿命分布范围较广。企业在面对竞争和市场压力时,寻求长寿命、低成本电池的方案成为关键,建模仿真方法在这一过程中发挥着重要作用,加速了电池研发的进程。

电池护照的应用,会对电池设计提出哪些新的要求?

电池护照要求披露电池的材料、能量、寿命等信息,这在电池设计阶段提出了许多挑战。为实现车辆续驶里程等目标,需要在质量和容量的限制下,增加电池的能量密度,这也是企业关注的焦点。同时,使用环保材料和降低成本也是设计的考虑因素,其中无钴化技术等已成为行业代表性的创新。
欧洲电池法案引起了广泛关注,要求电池在本地实现材料的回收,突显了电池的可持续性重要性。这影响了电池材料选择和制造过程,需要在整个生命周期内考虑可持续性因素。电池的生命周期长,从设计、制造到多次利用和拆解回收,都需要考虑可持续性。例如,电池内部的焊接和胶对拆解不友好,因此,面向易回收的设计方案将会带来设计上的变化。
除了性能和成本,如今的企业也必须考虑可持续性作为重要指标。电池护照的推出将增加电芯设计的透明度,促进行业内合作与经验分享,从而在设计中综合考虑能源效率、环境影响、材料来源以及生命周期管理,实现更可持续的电池设计。

欧洲市场的电芯设计构型会趋向多样化还是更加单一?

电池领域长期以来都存在着构型争议,尤其是大型电池方面,人们经常听到关于Unified Cell(统一电芯)或46体系的讨论。储能电池领域相对较为统一,大部分电池采用方型卷绕硬壳体系,特别是71173标准。
然而,在动力电池方面,构型的多样性更为显著。动力电池的构型包括方卷、软包、刀片以及圆柱等,形态各异。尽管方卷构型仍然是主流,但其他三种构型也各有优势。特别是大圆柱构型,如46系列,其规格从80、95、120等不断扩大,单个电池的容量从3Ah发展到30多Ah甚至更高。这种构型在欧洲市场受到欢迎,一些整车厂支持相关的动力电池企业开发大圆柱构型。
大圆柱构型受到欢迎的原因主要体现在两个方面:首先,它延续了卷绕式生产方式的高效率;其次,它在采用卷绕式的圆柱结构时,能够更好地控制硅含量、高体积膨胀材料等因素对内部应力的影响。
市场上,各种构型齐头并进。虽然一些欧美企业在早期已投资中国的动力电池企业,如大众、奔驰,但至今尚未出现明确的构型胜者。有些企业选择了软包构型,有些则朝着大圆柱方向发展。甚至有企业提出了Unified Cell的概念,即外观相同但内部构造不同。这种方法可以降低生产多样性,如极卷生产、外壳、机械部件等。
综上所述,电池构型的选择仍在动态变化中,目前尚无明确的胜者。与中国市场的情况类似,这种“让子弹飞一会”的情况在欧洲市场也存在。欧美企业对中国电池企业的投资以及构型选择的发展策略显示,市场尚未形成明确共识。

企业在研发端可以做出哪些改变来应对新挑战,抓住新机遇

动力电池产业的未来发展将主要围绕降低成本和提高效率这两大主题展开。这并非简单的从零到一的关系,而是一个从一到百的过程,关乎如何在已有的基础上做得更好、更快。中国在这方面走在了前列,电池产业已进入了一个绝对体量庞大、相对增速趋缓但依然充满活力的高质量发展阶段。
这也意味着电池产业的大体量将在一段时间内保持稳固增长。在这个阶段,加速发展和成本降低对企业的命运至关重要。
其中,智能化技术将在电池设计和制造领域带来革命性的变革。传统的电池设计方式通常涉及多样化的制样和测试过程,这在电池材料、人力和时间上都存在巨大浪费。
是否存在一种新的电池设计方法以及相应的设计工具,能够显著缩短设计周期,从传统的一年甚至两年缩减到几周或几个月?类似的情况也存在于电池制造领域。制造过程中的各种浪费,如良品率问题、能量消耗、排放等,都需要得到解决。甚至在探索新的构型,如大圆柱电池的极耳焊接、长极片刀片等时,仍需要面对这些问题。
因此,智能化的新型设计和制造技术将是解决这些挑战的关键。从设计端来看,智能化技术可以大大缩短设计周期,减少浪费。在制造端,智能化技术可以优化工厂管理,提高生产效率,降低能耗和排放,甚至朝着绿色工厂、零碳工厂的目标迈进。
总之,在中国电池产业即将进入高质量发展阶段时,智能化技术将是帮助企业实现加速发展和成本降低的有力工具。这种技术的引入将在电池设计和制造领域产生积极的影响,推动产业朝着更高效、更可持续的方向迈进。




02

新电池法对电池制造端的影响


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电池护照中包含一些制造段的信息,它对电池生产提出了更多的挑战还是机遇?

新颁布的电池护照规定,涉及电池标签和制造信息,提供了机遇与挑战并存的局面。电池护照的实施有助于规范整个电池的制造、使用和回收过程,提高电池使用的规范性和效率。此举有助于监控电池使用过程中的各项参数,进而提升电池质量。这将对整个行业的规范和发展都具有积极意义。

电池生产的前-中-后段,在碳排放表现上有无明显的不同?

碳排放在前段、中段和后段之间的分布相对均衡。在整个制造过程中涉及的能耗,例如升温降温和化成或注液等环节,都对能源产生消耗。电池制造过程的连续性,从材料设计到制造过程,都需要能耗的控制。因此,要实现碳足迹的改善,需要从电池材料和制造技术方面共同努力。

改善碳足迹的技术途径

制造技术对碳足迹有着重要的影响,尤其是在制造工艺和流程的改进方面。在短期内可以通过改善制造工艺和流程来减少能耗,而在长期内,需要从电池的设计和材料体系入手,实现整个制造过程的优化。如改变优化电池材料体系,可以降低制造过程的能耗,进而改善碳足迹。

锂电设备企业的帮助与作用

站在锂电设备制造商的角度,装备在电池制造过程中起到了执行者和管控者的重要作用。通过数字化管控和数据体系的建立,设备可以帮助制造商优化制造过程、提升质量,同时也有助于解决电池护照新规带来的挑战。



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