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標竿國家電池政策

謝汎琪、古慧雯/ 發布日期:2024/08/26/ 瀏覽次數:469

一、前言
國際危機、烏克蘭戰爭和其他地緣政治等危機成為國際能源轉型動力,歐洲正積極推廣電動車和定置型儲能解決方案,以達到電池規模化生產、建立循環供應鏈;世界各國亦正在更新或調整電池技術相關政策及技術目標與策略。

報告中分析3種不同的電池技術,包括:傳統鋰離子電池、固態電池和替代電池等技術發展,以下分述德國、歐盟、美國、日本、韓國、中國等6個國家的電池政策目標、技術目標及策略。

二、6國電池總體政策及其技術目標與發展策略


 

(一) 德國
1.電池總體政策
德國2018年發布「高科技策略2025」(High-Tech Strategy 2025)訂定電池整體發展策略,而電池產能則是德國目前價值鏈中較為不足的環節,目標未來10年,德國達到電池年產能400-500 GWh(德國約占全球電池產能10%)。彙整德國電池相關政策,歸納總體目標如下:
(1)以國產電池生產智慧型永續電池組
(2)達到全球30%電池由德國及歐洲製造
(3)研發領先
(4)將研究成果有效率轉化為實際應用,在德國建立技術自主、具競爭力的永續電池價值鏈

2.技術目標與發展策略
德國2018年底發布至2023年1月更新電池研究策略性框架(德語:Dachkonzept Batterieforschung),以全面及前瞻性的戰略部署,整合和協調各項電池技術研究。引入多項供應端措施,優先開發大規模的生產技術,以解決現今德國電池產能不足的問題,並著重於電池永續性、回收和數位化等跨領域議題。
(1)鋰離子電池
訂定至2030年電池回收率達90%的目標(含鋰電池),並將回收電池材料重新應用於電池生產,促進材料循環利用。

(2)固態電池
目標到2026年開發出可充電、多層的固態電池,並達到循環次數超過200次,且能量密度>800 Wh/L。

(3)替代電池
替代電池中的鈉離子電池目標為達到大型鈉離子電池標準190Wh/kg,並實現至少3,500次的循環壽命。

(二)歐盟
1.電池總體政策
歐盟透過不同機關之間共同推動(如European Battery Alliance、Batteries Europe、Battery2030+ Initiative、BEPA、IPCEIs on batteries),制定與脫碳、能源、材料、循環經濟等電池技術發展相關政策及策略(如Strategic Research Agenda (2020)、Battery2030+roadmap (2021)、Strategic Research and Innovation Agenda (2021)、Update of Strategic Research and Innovation Agenda (2023/2024)),並訂定以下行動目標(Strategic Action Plan for Batteries):

(1)確保歐盟以外的原料取得途徑,以及開發內部原料,並透過回收電池取得二次原料
(2)透過研究和創新加強技術能力
(3)支持生產高度規模化、具競爭力的電池
(4)關注價值鏈中各環節的人材培訓及教育
(5)促進電池產業永續發展
    
2.技術目標與發展策略
(1)鋰離子電池
主要研發重點為提高能量密度及商業應用之績效指標,聚焦在高容量、高電壓條件下可保持穩定的陰極活性材料,並結合高電容量陽極、新型液態電解質及隔離膜,以降低厚度和生產成本,以及達成無N-甲基吡咯烷酮(NMP)之製程目標。

(2)固態電池
發展不同固態電池的陽極材料,如Si/C複合材料、鋰金屬。

(3)替代電池
發展鋰空氣電池、鋰硫電池、鈉離子電池、多價金屬離子電池(multivalent metal-ion)、其他氧化還原液流電池等不同電池,並將其應用於交通運輸及定置型儲能。

 (三)美國
1.電池總體政策
美國2021年6月發布國家鋰電池藍圖(the National Blueprint for Lithium Batteries),提出在美國建立永續且有競爭力的電池價值鏈10年計畫,其目標如下:
(1)建立多元化供應(國內開採以及與外部供應商合作),並促進關鍵材料回收及替代,以確保取得關鍵原料
(2)擴大電池材料加工生產能力,以滿足國內需求
(3)加強美國電池生產能力,包括電極、電池和電池系統
(4)建立電池供應鏈的生態系和循環經濟
(5)透過研發和技術支持,加強美國在電池技術的國際領導地位

2.技術目標與發展策略
(1)開發無鈷和無鎳的陰極材料和電極組合,提高能量密度、電化學穩定性、安全性和成本等重要指標,且至2030年90%的回收材料作為電池關鍵組成部分
(2)透過開發和驗證電池材料、零件,結合先進製造和組裝技術,至2030年降低電動車電池製造成本50%
(3)建立鋰離子電池回收生態系,制定激勵措施,至2030年實現消費性電子產品、電動車儲能電池達90%回收率
(4)加速研發,實現固態、鋰金屬等電池技術的示範和規模化生產,至2030年生產成本<60美元/kWh。

 

(四)南韓
1.電池總體政策
南韓2021年發布全面性的電池策略¬-K電池發展策略(the K-Battery Development Strategy),聚焦鋰硫電池、鋰金屬電池和固態電池等3種電池的技術研發及商業化,不僅支持電動車產業的發展,亦為其電池製造商提供稅收抵免。此外,南韓政府亦開發相關領域的電池關鍵材料/零件/設備,如:電極材料、固態電解質和製造設備,以實現商業應用。

2.技術目標與發展策略
(1)鋰離子電池
透過研發提高性能、安全性,以及生產力,包括:可提高性能的高鎳低鈷的陰極材料、可適用高溫的表面處理技術和設備、可大規模製造的高電容量矽基陽極材料及設備、可提高電極導電性和耐用性的單壁奈米碳管均勻散佈技術;可促進安全的爆炸延遲,且具備自動偵測和自動修復的電池技術;透過低碳製程、數位化和智慧化技術提高生產力。

(2)固態電池
以市場應用引導技術發展,包括應用於電動車、軍事和太空的硫化物固態電池,以及可在高溫下安全使用的氧化物固態電池。

(3)替代電池
鋰硫電池的研發重點為降低電池重量及尺寸,以創造新的市場,如:飛機和無人機的輕型電池,以及用於紡織品和電子產品的柔性電池。

 (五)日本
1.電池總體政策

日本2021年6月發布「綠色成長策略」提出其電池技術2030年目標如下:
(1)國內車載電池產能達到100GWh
(2)車載電池組價格目標為64歐元/kWh以下;家用儲能電池系統(供太陽能板儲能)價格目標低於446歐元/kWh(含安裝費用);安裝在工廠和其他商業/工業中的儲能電池,價格目標為382 歐元/kWh(含安裝費用)
(3)家用和商業/工業儲能電池累計設置量達到24GWh
(4)全固態鋰電池商業化
(5)氟化物電池、鋅電池和多價離子電池在2035年左右實現商業化

日本政府未來將透過規模經濟降低電池價格;確保礦產資源;研發/技術示範;促進再利用和回收;制定規則及標準等措施實現上述目標。 

2.技術目標與發展策略
(1)固態電池
開發應用於電動車(EV)及插電式油電混合車(PHEV)的全固態電池通用基礎技術,例如國際標準化的數值分析和評估方法。

(2)替代電池
開發應用於電動車(EV)及插電式油電混合車(PHEV)的氟化物離子電池和鋅陽極電池,此兩種電池具高能量密度,且不依賴鋰金屬,原料供應風險較低。

 (六)中國
1.電池總體政策

中國為全球最大的汽車市場,2019年中國道路運輸的二氧化碳排放量約8億噸,占全國總排放量的8%,為實現減排目標,中國將致力推動交通部門電氣化。在電池技術開發方面,將繼續加強新型動力電池系統的基礎研究,目標在2025年實現鋰硫電池、金屬空氣電池、固態電池能量密度達500Wh/kg。同時,中國亦強調價值鏈的平衡發展,目標到2035年,建立完整、自主可控的產業鏈,包括:關鍵材料、系統整合技術、自動化設備及製程、回收系統等。

2.技術目標與發展策略
(1)鋰離子電池
研發重點為提升產品性能(高能量密度、增加適應溫度範圍)、提高安全性、提高循環次數、降低成本。透過大規模的自動化生產、二次利用與回收利用,推動新型鋰離子電池研發與產業化,並實現規模化應用於電動車及大規模儲能。

(2)固態電池
研發重點為突破關鍵材料及零件、高容量及高能量密度、高安全性、高循環次數,目標2030年商業化應用於電動車及大規模儲能。

(3)替代電池
研發重點為提高循環次數、效率及降低成本,建立資源依賴性低的大規模儲能應用。

三、結論與建議
2020年至2030年是電池市場成長與擴散的關鍵階段,全球各國在電池技術發展上積極更新推動策略。隨著市場成熟度提升,策略日益強調技術主權及供應鏈支持,並受到地緣政治因素影響,尤其在現今不穩定的全球政策氛圍下,各國政府需更加靈活應對外部環境變化。

弗勞恩霍夫系統與創新研究所(Fraunhofer ISI)針對各國在電池發展策略方面,提出以下幾點建議:
1.定期更新策略:建議各國機構在明確的時間框架內進行策略的更新與修訂,並確保這些策略具有組織的授權和明確的目標。

2.明確核心KPIs:對於各國的核心績效指標(KPIs),建議進行進一步澄清和理解,特別是在不同KPI之間的權衡取捨,並確定這些KPI在實際的研發活動中的具體應用方式。

3.加強監控與評估:提倡各國加強對全球局勢發展的監控,以便政府和其他利益相關者能夠提前反思和調整政策,甚至進行國際戰略協調。

4.建立綜合評估框架:建立綜合的評估框架,包括技術、經濟和永續發展途徑的評估,並與利害關係人進行協調,以確保政策的透明度和可靠性。

這些建議旨在支持各國在電池技術和電動車發展領域的長期成功,並對全球能源轉型和技術主權具有深遠影響。
 

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