《欧盟电池新规对CTP电池组发展的影响》

  • 来源专题:工业强基
  • 编译者: 张欣
  • 发布时间:2024-07-05
  • 由于欧盟管理电池市场的新法规获得批准,电动汽车电池的可持续性、设计和回收将进行彻底改革。2023年6月,议会批准了制定电池要求的新规定,包括“电池护照”和某些材料的回收。近年来,电动汽车市场一直趋向于更大的系统集成,电池到车身和电池到底盘设计等技术可能更难从车辆上拆卸和/或拆除。这种情况会随着这些新规定的通过而改变吗?

    新的欧盟法规涵盖了电池的整个生命周期,从开采材料到使用寿命结束时的回收。为了减少初始制造的影响,要求电池中有更多的回收成分,但也要求必须从废电池中回收多少锂(到2027年回收50%,到2031年回收80%)和钴、铜、铅和镍(到2023年回收90%,到2033年回收95%)。IDTechEx的锂离子电池回收市场研究发现,2043年将回收2380万吨锂离子电池。从长远来看,让使电池易于从车辆上拆卸下来并拆成零件可以帮助回收商。

    CTP(Cell to Pack)电池组的设计使得电芯不再被分割成几个模块。相反,所有电池都直接堆叠在一起,以减少不必要的材料和重量,提高能量密度,简化制造,并降低成本。根据IDTechEx的研究,电池与电池组的重量比(电池占电池组重量的比例)平均增加了20%。电池到车身(Cell-to-body,CTB)或电池到底盘(cell-to-chassis,CTC)更进一步,使电池组成为车辆结构的结构部件,再次实现更大的集成并降低车辆的整体重量。市场一直朝着这个方向发展,比亚迪等制造商已经大量部署了CTP系统,而特斯拉4680的CTC设计也变得越来越普遍。

    最初,考虑到电池组中的整体零件较少,人们可能会期望电池组到电池组的设计更容易拆卸到电池组级别。然而,CTP的设计通常会更多地使用结构粘合剂或封装泡沫,这通常会使拆卸电池组变得非常困难,并且在发生故障时的标准方法是完全更换电池组。如果所用的粘合剂或密封剂可以用溶剂溶解,而不会对电池造成太大损伤,那么这可以使回收更加简单,并成为材料供应商的一个可行的分化点。从电池到底盘,移除CTC电池组可能会成为一项更艰巨的任务,使回收商的工作更加困难。

    对于电池设计者来说至关重要的是,欧盟法规没有对电池组的内部结构(模块结构、电池隔膜、粘合剂等)做出任何规定。一种回收方法是压碎/研磨电池。然后对其进行筛分,将较大颗粒与较小颗粒分离,后者含有有价值的电极材料。然后使用湿法冶金对黑色物质进行进一步处理,以回收电池级金属盐形式的锂、钴、镍等。理想情况下,这一过程将仅从电池开始,这样产生的黑色物质中的临界金属比例会更高。一些人将整个模块放入研磨机中;人们也可以处理整个电池组,在这种情况下,电池的设计在寿命结束时意义不大,设计者可以从较低的成本和更容易制造的电池组中获得短期利益。然而,这将使提取的后期阶段更加困难。

    除了回收,电动汽车电池还有机会用于第二生命应用,例如作为固定储能器。IDTechEx关于第二生命电动汽车电池的报告发现,到2033年,其市场将达到70亿美元。这在短期内绕过了回收电池的需要,大多数二次电池制造商目前都选择在电池组级别集成电池,以避免复杂的拆卸程序。如果电池组构成车辆的结构部分,那么这将增加拆卸时间,使二次生命的重新利用成为一个更昂贵的过程。然而,如果再制造商假设拆解到电池水平,以利用其二次寿命电池中性能最好的电池,则电池到电池组的设计(不是电池到底盘的设计)可以减少拆解时间并降低再制造成本,从而有利于性能更好的二次寿命系统。

    总之,CTP设计不太可能消失。由于制造成本的降低和能源密度的提高,汽车一体化的趋势可能会继续下去。电动汽车电池组的使用寿命通常比许多人最初预期的要长,但在未来,一旦更多的电动汽车电池的使用寿命结束,回收大量高度集成的电池组很困难,设计师必须在未来更加仔细地考虑这一点,尤其是在关键材料的回收目标变得更加严格的情况下。

  • 原文来源:https://www.idtechex.com/en/research-article/what-the-new-eu-battery-regulation-means-for-cell-to-pack-body/29638
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    • 编译者:guokm
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    • 6月14日,欧洲议会议员以587票赞成、9票反对和20票弃权通过了与理事会达成的一项协议,以全面改革欧盟关于电池和废电池的规定。 这个规定也被称为“欧盟新电池法”。按照立法流程的规定,理事会现在须正式批准该文本,并在欧盟官方公告上发布,法规将在其后的20天生效。 报告员Achille Variati表示:“我们首次制定了涵盖产品整个生命周期的循环经济立法,这种方法对环境和经济都有好处。我们的总体目标是建立一个更强大的欧盟回收行业,特别是锂,以及一个具有竞争力的整个工业部门,这在未来几十年对我们大陆的能源转型和战略自主至关重要。这些措施可能成为整个全球电池市场的基准。” 欧盟新电池法通过,并不是结束,而是代表着一个新的开始。这将会有更多的二级立法和一系列配套的执行措施在路上。 01 电池法的前世今生 电池是向气候低碳化和更清洁用能过渡的关键技术。全球对电池的需求正在迅速增长,到 2030 年将增长14倍。欧盟可能占该需求的 17%。 早在2019年,欧盟委员会于发布了对前电池指令的评估。评估得出的结论是,尽管电池指令在改善环境、回收等方面取得了积极成果,然而也无法完全实现其目标,特别是与收集废电池或材料回收效率有关的目标。评估指出,由于缺乏整合技术创新和新用途的机制,该指令很难跟上技术发展的步伐。 2020年12月,欧盟委员会提出了一项关于电池和废电池监管的提案,也就是《新电池法》的雏形,以替代旧有的电池指令。新电池法提案考虑了该行业的技术发展和未来挑战,并将涵盖电池从设计到报废的整个生命周期。 该提案旨在加强内部市场的运作,促进循环经济,减少电池生命周期各个阶段对环境和社会的影响。该倡议与欧洲绿色协议、循环经济行动计划和新工业战略密切相关。 2022年12月,欧盟委员会同意欧洲议会和欧洲理事会达成临时政治协议(详见环球零碳文章),法案具体内容已经敲定。 此次通过的《新电池法》,尽管细节文件还未出台,从披露的一些指标来看,和去年12月那版没有明显变化。 一是提供电池碳足迹声明和标签,要求企业根据相关标准,收集并计算向欧盟出售的电池在每一个生命周期阶段的碳排放数据,包括上游原材料、产品生产、运输、报废和回收。 二是设定最低回收率及材料回收目标,就是关于废弃电池最终有多少可以进行回收的百分比。 三是提供电池护照,其中动力电池被明确要求具有电子记录。只有拥有电池护照的动力电池,才能进入欧洲市场。 02 高比例的回收要求能否实现? 根据电池法的规定,未来几年的回收率目标如下: 到2027年,锂的回收率应达到50%,钴、铜、铅和镍的回收率应达到90%;到2031年,锂的回收率应达到80%,钴、铜、铅和镍的回收率应达到95%。 博萃循环碳咨询部门国际业务负责人吴彬告诉《环球零碳》,国内目前采用的回收方式主要是物理法预处理和湿法回收。目前预处理黑粉的收集率已经能达到95%,而湿法部分,锂的回收率可以达到85%至90%,镍和钴的回收率超过98%。但是,以电芯为衡量标准的话,需要将这两个指标相乘。 由于具体的计算细节尚未确定,还不能判断达到这些高回收率目标是否存在困难。 03 不仅仅要核算电池碳足迹 新电池法要求覆盖产品整个生命周期,将迫使企业在产品设计和生产阶段考虑电池的可持续性和回收性。企业需要寻求使用更环保的材料和生产方法,以减少电池对环境的影响,并确保电池能够被有效回收和再利用。 对于企业而言,电池材料的来源、技术规格、化学成分、制造过程、碳足迹等都在电池护照披露信息中显示,能够让企业清晰供应链,深度掌控原材料供应,并可将成本、产能、风险和机会透明化。 吴彬表示,出口电池做好碳足迹只是一部分,电池法规对电池的监管是全生命周期的,包括如前段的供应链尽职调查要求,以及最终的回收处置等。法规中提到的数字电池护照,会在更广的ESG范畴对电池进行要求。 “对于出口电池的碳足迹具体怎么算,欧盟还会出具体的计算规则。” 针对电池的碳足迹,欧盟JRC(欧盟联合研究中心)牵头制定了相应的计算规则。这些规则将针对不同类型的电池,如汽车动力电池、储能电池和轻型交通工具电池等,制定相应的碳足迹计算规则。最近,动力电池的计算规则的最终初稿已经发布。 具体的计算细节和细则尚未最终确定,需要企业密切关注相关规定的发布,并遵循细则进行数据核算和计算方法的核证。 企业可以选择第三方去进行数据和计算方法的核证,从而只需要披露最终结果,而不需要披露计算细节,从而规避敏感数据的外泄。 04 应对绿色贸易壁垒的破局之道 我国不仅是全球最大的锂离子电池生产国,同时也是全球最大的电池材料生产国,是全球锂离子电池产业链最完整的国家,我国锂离子电池用正极、负极、电解液、隔膜的产量均占到全球的70%以上。 据中国海关总署统计,2022年中国锂离子蓄电池出口数额接近3426.56亿元,相较于2021年的1835.26亿元增长86.7%,创历史新高。今年一季度,我国锂电池出口1097.9亿元,同比增长94.3%。 据 SNE Research 数据,中国生产的动力电池在欧盟市场份额已经从 2020 年的 14.9% 上升至 2023 年的 34%。 近两年,欧盟及世界多国相继推出电池相关法律法规,提高了中国产品进入欧美市场的门槛。 6月11日,在“上海国际碳中和技术、产品与成果展览会”举办期间,中国化学与物理电源行业协会举办了国际首个电池行业环境声明(EPD)平台发布仪式。 《动力和储能电池产品类别规则(PCR)》由SGS主笔,包括宁德时代、弗迪电池、远景等60多家电池行业企业共同制定。旨在深入贯彻国家碳达峰碳中和发展战略,推动电池行业绿色高质量发展,助力国内企业在全球能源结构加速转型的宏观背景下顺利出海。 平台为电池产品开展EPD工作建立了详细的流程和规则,并严格按照国际标准规定的流程和要求制定了电池产品的类别规则(PCR)。EPD对产品整个生命周期的环境数据和信息进行报告,并经由独立第三方验证,更具科学性、可比性,更容易获得外界认可。 将来与国外开展EPD互认工作,有助于增强我国在全球电池行业的影响力和产业安全。
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    • 编译者:冯瑞华
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    • 为贯彻落实《“十三五”国家科技创新规划》、《上海市科技创新“十三五”规划》等规划精神,进一步发挥科技创新对实体经济能级提升的促进作用,加快推动上海汽车产业转型升级,上海市科委会同市经信委、上海市经济和信息化委员会、上海市发改委联合研究制订了《上海市燃料电池汽车发展规划》。全文如下: 上海市燃料电池汽车发展规划 发展燃料电池汽车,是顺应全球汽车产业生态变革趋势、实现我国汽车工业由大变强的重要途径,是上海贯彻落实国家创新驱动发展战略、加快建设全球科技创新中心的重要实践,是巩固提升上海实体经济能级、驱动上海汽车产业转型及占领未来制高点的重要突破口,是应对能源安全、环境保护等社会挑战、建设2040卓越全球城市的重要立足点。为加快推进本市燃料电池汽车创新突破,制定本发展规划。 一、燃料电池汽车发展现状与趋势 1、汽车与能源产业总体发展形势 汽车产业是世界主要工业国家的支柱产业,是衡量一个国家综合实力和发达程度的重要标志。随着全世界汽车保有量的日益增多,能源紧缺和环境污染问题愈发凸显,已成为人类生存和发展面临的两大挑战。寻找和发展新的汽车清洁能源,将对全球汽车和能源产业格局以及社会经济发展产生重大深远的影响。 氢能和燃料电池技术是世界能源转型和动力转型的重大战略方向。燃料电池汽车具有环保性能佳、转化效率高、加注时间短、续航里程长等优势,是未来汽车工业可持续化发展的重要方向,是应对全球能源短缺和环境污染的重要战略举措。发展燃料电池汽车已成为全球汽车与能源产业转型升级的重要突破口。 各发达国家高度重视燃料电池汽车,并积极推动配套设施的建设。美、日、欧盟等主要国家和地区将燃料电池汽车纳入国家或地区战略发展体系进行规划,设立专项进行研发与示范推广,并制定各种政策抢占先机。如日本计划到2020年普及约4万辆燃料电池汽车,建设160座加氢站;德国计划在2023年左右普及10万辆,建设400座加氢站。目前全球燃料电池汽车已进入技术与市场示范阶段,预计在2020年将全面进入商业化阶段。产业链巨头纷纷组成联盟进行燃料电池汽车商业化协同攻关,并与能源、矿产等企业形成更广泛的合作,呈现出骨干整车企业牵引全产业链的发展趋势。 2、国内燃料电池汽车发展形势 国家高度重视燃料电池汽车产业。近两年,国家相关部委密集出台政策,大力支持燃料电池汽车发展。《国家创新驱动发展战略纲要》、《“十三五”国家科技创新规划》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《中国制造2025》、《汽车产业中长期发展规划》、《“十三五”交通领域科技创新专项规划》等纷纷将发展氢能和燃料电池技术列为重点任务,将燃料电池汽车列为重点支持领域,并明确提出:2020年实现5000辆级规模在特定地区公共服务用车领域的示范应用,建成100座加氢站;2025年实现五万辆规模的应用,建成300座加氢站;2030年实现百万辆燃料电池汽车的商业化应用,建成1000座加氢站。 我国具备一定的燃料电池汽车研发基础。在国家科研计划和示范项目的持续支持下,国内已初步掌握关键材料、部件及动力系统的部分关键技术,基本建立了具有自主知识产权的车用燃料电池动力技术平台,累计开发数百辆燃料电池汽车,结合奥运、世博、亚运会、大运会、UNDP等示范项目,开展了一定规模的示范运行。近期,广东、湖北等地纷纷成立氢能与燃料电池汽车产业基金,以资本为纽带,初步形成了产业集群,开展了一定规模的示范应用。 推动燃料电池汽车发展的形势日益紧迫。目前我国燃料电池汽车正面临着缺乏实施方案、基础设施规划与建设力度不够、技术研发投入不足、产业链不完善等难题,严重阻碍了我国燃料电池汽车商业化进程。我国是全球燃料电池汽车最重要的潜在市场,若在燃料电池汽车领域落后于人,则在纯电动、插电式混合动力领域积累的优势将不可持续,错失由汽车大国走向汽车强国的战略机遇。 3、上海燃料电池汽车基础与机遇 先发优势明显。上海是我国燃料电池汽车技术研发、产业化的先行者。“十五”期间形成科研驱动模式,承担多项国家级项目,奠定了良好的技术积累、研发基础和人才团队等优势;“十一五”期间建立示范应用驱动模式,建设了加氢站等基础设施,积累了丰富的燃料电池汽车示范运行经验。“十二五”期间进入“整车牵引”发展模式。从2003年“超越一号”燃料电池汽车到2015年上汽荣威950燃料电池汽车,上海燃料电池汽车技术水平始终代表了我国燃料电池汽车发展的最高水平,并在世博会、新能源汽车万里行等示范应用中表现出众。 产业链资源较丰富。上海专注于氢能与燃料电池汽车技术研发、制造的企业数量超过30个,覆盖了关键材料、关键零部件、燃料电池动力系统与整车,以及推广应用与配套服务等各个环节,形成了较为完善的产业链。嘉定区已初步形成燃料电池汽车产业链资源聚集,汇聚包括上汽、汽车城集团、同济大学、机动车检测中心、上燃动力、电驱动、重塑、舜华、环球车享、治臻等一批重点单位,具备了氢能、燃料电池、动力系统平台、燃料电池汽车及示范运营等较完整的产业配套要素,持续吸引众多国内外整车企业和产业链优势企业落户。全球燃料电池汽车产业资源在上海汇聚的态势逐渐形成。 发展进入新阶段。燃料电池汽车已进入产业化的初级阶段,竞争焦点从技术研发转向全产业链的各个环节。上海亟需在示范运营推广、基础设施建设、公共服务平台、关键技术攻关等方面出台相应的发展规划和实施细则,抓住燃料电池汽车战略性新兴产业培育和发展的政策机遇,突破发展瓶颈。通过整车牵引和示范驱动,合理配置资源,抓住3至5年时间窗口期,确立上海在燃料电池汽车竞争中的优势地位,稳步推进燃料电池汽车规模化和商业化进程。 二、指导思想、基本原则和发展目标 1、指导思想 贯彻落实《国家创新驱动发展战略纲要》和上海建设具有全球影响力的科技创新中心的决策部署,将发展燃料电池汽车作为上海汽车产业转型升级的引领工程。牢牢把握技术发展与产业变革趋势,整合国内外优势资源,充分发挥上海优势,集中突破关键瓶颈,激发企业创新活力,建立国内领先、国际一流的燃料电池汽车技术链与产业链,营造高端生态圈,培育一批具有核心竞争力的龙头企业和领军人才,打造燃料电池汽车技术与产业创新体系,将上海建设成为世界一流的燃料电池汽车创新中心和产业高地。 2、基本原则 坚持顶层设计。加强燃料电池汽车产业的顶层设计、系统规划和科学布局,明确产业发展方向和突破口,编制规划及实施方案,推进重点任务落实。 坚持创新驱动。明确燃料电池汽车技术发展路线,重点探索燃料电池电堆、发动机集成与控制、辅助系统关键零部件等技术,突破燃料电池汽车技术发展瓶颈。 坚持示范引领。开展燃料电池汽车分时租赁运营和公交、物流车的区域示范运营,联动优化燃料电池氢能基础设施布局,加速燃料电池汽车全产业链完善,推进燃料电池汽车的规模化和商业化。 坚持协同推进。加深市、区联动和部门协同,形成牵头部门负责,相关部门配合的权责一致、规范有序、互相协调、运行高效的协同联动机制,推进产业链快速发展。 3、发展目标 推动燃料电池汽车试点示范运行,开展氢能基础设施、研发与测试服务平台等共性设施建设,突破车用燃料电池电堆、关键材料与核心零部件等关键技术,引导培育燃料电池汽车产业基地和产业基金,建成国内领先、国际一流的燃料电池汽车技术链与产业链,推进我国燃料电池汽车商业化发展。 ——近期目标(2017-2020年)。打造国内领先的燃料电池汽车技术示范城市,形成优质产业链资源聚集效应,实现燃料电池汽车核心关键技术紧跟国际行业水平。在技术链层面,实现电堆、系统集成与控制、关键零部件等核心技术跟踪国际水平,关键指标与国际接轨。在产业链层面,打造包含关键零部件、电堆、系统集成、测试认证服务、整车开发等环节的产业集群,聚集超过100家燃料电池汽车相关企业,培育有国际影响力的氢能与燃料电池技术研发中心1个、燃料电池汽车检验检测中心1个,燃料电池汽车全产业链年产值突破150亿元。在示范运行与推广层面,建设加氢站5-10座、乘用车示范区2个,运行规模达到3000辆,积极推动燃料电池公交、物流等车辆试点。 ——中期目标(2021-2025年)。规划燃料电池汽车示范区域,形成区域内相对完善的加氢配套基础设施建设,在区域公共交通、公务用车、商用物流等领域探索批量投放,提升燃料电池汽车全产业链国际竞争优势。在技术链层面,形成系列化燃料电池电堆产品,燃料电池汽车技术同步国际水平。在产业链层面,形成有国际影响力的整车企业1家、动力系统企业2-3家、关键零部件企业8-10家,进入世界前三的一流研发与公共服务机构2家,燃料电池汽车全产业链年产值突破1000亿元。在示范运行与推广层面,建成加氢站50座,乘用车不少于2万辆、其它特种车辆不少于1万辆,在公交、商用大巴、物流车前期试点运行成功的基础上,酌情扩大推广规模。 ——长期目标(2026-2030年)。成为具有国际影响力的燃料电池汽车应用城市,总体技术接近国际先进,部分技术达到国际领先,产业化全面成熟,面向私人用户实现进一步市场推广,带动氢能交通,辐射全国燃料电池汽车产业高速发展。在技术链层面,实现燃料电池汽车技术和制造总体达到国外同等水平;在产业链层面,实现上海燃料电池汽车全产业链年产值突破3000亿元,带动全国燃料电池产品的多元化应用。在示范运行与推广层面,最终形成以上海的燃料电池汽车产业链和价值链辐射全国,带动未来社会能源和动力转型。 三、燃料电池汽车发展重点任务 任务一、构建应用驱动的发展模式 基于中心城市的优势和功能定位,面向燃料电池汽车优势应用领域,探索互联网与新能源深度融合的燃料电池汽车创新运营商业模式,落实燃料电池汽车商业化运营组织管理、政策保障等措施,驱动燃料电池汽车产业链的快速发展。设置燃料电池汽车商业运营示范区,开展公共交通、定制共享班车、分时租赁等运营示范,牵引上海燃料电池汽车产业快速发展。 任务二、规划加氢站建设 落实责任主体,部署加氢站网络布局规划与建设,破解燃料电池汽车示范运行瓶颈。以产业配套和氢源基地等为基础,推动环上海加氢站走廊、嘉定、崇明、上海化工区、临港等示范区域加氢站的规划与建设。配合示范线路和示范区域建设,研究加氢终端补贴等政策,降低消费者使用成本,推动上海市氢能与燃料电池汽车产业协同发展。 任务三、创建产业园区 推动国际汽车城科技创新港、同济科技园、外冈新能源汽车及关键零部件产业基地等燃料电池汽车相关园区建设,提升燃料电池汽车企业创新活力,加快技术研发向产业化转移,吸引人才、资金和产业链上下游企业进一步集聚,促进国内外产业链之间的资源整合与良性互动,提高上海燃料电池汽车产业化发展水平和国际竞争力。至2020年,园区内相关企业超过100家,形成较为完善的燃料电池汽车产业集群;至2025年,在关键材料、零部件与核心产品领域,形成国内顶尖,国际领先的龙头企业3-5家。 任务四、建设公共服务平台 支持机动车检验检测中心、同济大学智能型新能源汽车协同创新中心等机构,进一步发挥在燃料电池发动机系统、电堆、关键零部件等方面服务能力,建设第三方优质公共服务平台,促进优势资源高效利用,形成健康开放的合作机制。支持开展技术研发服务、计量测试和检测认证服务,降低行业研发成本,激发中小企业活力和创造性。推进行业标准研究与制定,加强国内外产业与行业组织之间的联系,加快燃料电池和加氢站相关法规、标准的建立和完善。促进技术与产业交流,为企业与机构提供政策、行业信息、技术分析等服务,建立国际产业链间交流合作机制,加速产业化进程。 任务五、实施重大专项 定位燃料电池汽车产业大方向,瞄准世界领先水平,在电堆及核心材料、发动机系统集成与控制、关键零部件等领域开展技术攻关、工程研究和产品开发,推进测试技术和指标体系研究。突破燃料电池电堆关键技术,开展催化剂、质子交换膜、膜电极、双极板等核心技术研究,提高电堆产品的性能和寿命,降低成本。优化燃料电池发动机集成与控制技术,研究高比功率燃料电池发动机技术,实现可靠性、耐久性等的全面提升。加大辅助系统关键零部件技术研发力度,重点突破空压机、氢气循环泵、增湿器、DC/DC变换器等关键零部件技术,进一步完善关键零部件技术链。开展燃料电池电堆、关键零部件、发动机系统集成等方面的测试技术和指标体系研究。 任务六、设立产业基金 引导和鼓励有条件的各类资本设立燃料电池汽车产业基金,吸引撬动社会资金积极参与,进一步发挥市场配置资源的决定性作用,提升市场主体活力和发展潜力。