法国在储能市场中的地位及前景分析

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：锂离子电池在1999年采用了一种高分子胶体电解质和柔性包装工艺，必将在满足超平电池需求方面拥有良好的市场发展前景，即使其目前还没有占据储能市场的主要地位。

通过调查锂离子电池或镍氢电池市场，可以发现约95%的电池来自亚洲，5%来自北美，只有很小一部分是欧洲制造。因此，即使法国在混合动力汽车和可再生能源领域做出了巨大的努力，并且可能都是国家层面上的技术创新，却仍然需要采用由欧洲之外的电池制造商生产的电池（用于电动汽车或光伏系统）；而这些电池是由它们国家的大学或实验室研究和开发的。运输成本的增加、原材料的对外依赖性（如锂电池的钴，镍氢电池的稀土材料），以及当前缺乏对这些废旧电池的回收手段，都需要从国家层面上发展其他的应对方案。

法国拥有两大电池制造商——SAFT和BATSCAP公司。SAFT公司主要定位于工业或其他相关的有潜力的市场，生产包括镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。BATSCAP公司正在开发锂金属聚合物技术和可商业化的超级电容器。

8.2.5.1 移动式产品市场

移动电子市场包括便携式计算机、电话、个人手持数字设备（PDA）、小型游戏、报警系统、野营设备、军用设备，以及个人健康设备。根据日本电池协会（BAJ）的统计数字表明，2005年的电池市场[包括一次电池和二次电池（蓄电池）]规模接近50亿美元。超过一半的销售额（30亿美元）来源于便携式计算机用蓄电池。而2006年可充电蓄电池的市场规模达到了70亿美元（资料来源：2007Avicenne）。

在电池销售的数量上，一次电池占总电池的73%，可充电蓄电池占27%。然而，可充电蓄电池的销售收入占总电池的79%，而其中的41%来自锂离子电池。

目前，可充电蓄电池市场主要分为三种技术流派，即镍镉电池、镍氢电池，锂离子电池（其月产量约为1亿只）。

从20世纪90年代中期开始，锂离子技术（占锂离子电池销售价格的近80%）就已经证明其适宜于制备便携式计算机电池。确实，相比于镍氢等其他技术，锂离子电池可以在更小的体积内储存更多的能量，并且具有更长的寿命。

移动电子设备（如电话、笔记本电脑和摄录一体机）是镍氢电池和锂离子电池的主要市场。在经过最近几年爆发式的增长之后，这些市场必须找到一个更接近于传统经济的增长模式。日本基本上已经完成了从镍氢电池到锂离子电池的应用转换，欧洲也将发生类似的过程。锂离子电池在1999年采用了一种高分子胶体电解质和柔性包装工艺，必将在满足超平电池需求方面拥有良好的市场发展前景，即使其目前还没有占据储能市场的主要地位。

8.2.5.2 新的市场前景

随着手机和全球范围内日益增多的移动电子设备的广泛应用，促进了对小型电源的需求（可充电蓄电池，一次电池）。在中短期内，新型小型化和交互式产品在民用和军用领域（如开发“智能服装”所用的自主传感器、自动医疗系统、全球定位系统、机载传感器等）的应用将进一步促进微型电源的发展，并开辟新的市场。

因此，这些为电池的生产、存储和能量再生提供了巨大的商机。但它们必须应对下一代应用需求对电池提出的技术挑战，从而对电池提出了新的功能需求。这包括使用户摆脱频繁充电的烦恼，能够提供一个更长的供电周期，保证信息不丢失，能够从外界环境中获取能量，以及实现独立和自主供电，使植入人体的生物相容性设备能够工作更长时间等。

这种创新的历程已经涉及世界各地许多的研究机构和产业公司。三星、索尼、东芝、摩托罗拉、西门子等众多公司是这一征程的领航者，而在美国已经有大量的新成立的公司加入了这一行列。

8.2.5.3 主要的制造商

目前，电池制造商基本上几乎清一色地来自于亚洲的公司，包括日本的三洋、松下、索尼、日立，韩国的LG、三星和Kokam公司，以及中国的比亚迪、ATL和力神。

日本很快成为这一领域的领跑者。作为移动电子设备制造商，他们认为电源在这些设备中具有战略地位。这就是为什么最初不从事电池制造的索尼公司，在20世纪80年代决定投入巨额资金开发电池技术并将其工业化。索尼在1992年2月令人惊讶地宣布立即启动对锂离子电池的工业化生产。第一批电池的性能有限（比能量为90W·h/kg），但从那开始，索尼的锂离子电池取得了显著的进步（从160W·h/kg到2008年超过200W·h/kg）。这一部分原因是电池设计技术的进步（降低电池的体积和重量），另一部分原因是电池材料性能的优化。

对于移动电子市场，日本、韩国和中国占据绝大部分市场份额。然而，在这一领域，市场持续不断地向能够满足新应用需求的新型电池技术开放（如快速充电电池、印刷电池等），但是通常非常昂贵（用于医疗设备）。

自从2004年，锂离子电池产业界处于一片混乱之中，一些新的制造商，如美国的A123、EnterDel，韩国的Kokam、LGChem，中国的MGL、B&K、HYB、BYD，与原来的一些国际性大公司（松下、NEC、日立、比亚迪）一起角逐这个市场。日本的一些汽车制造商（如丰田和日产）为了控制混合动力汽车的战略性器件，纷纷投资电池制造商（如松下公司、GS Yuasa、Lithium Energy Japan等）。

对于基于LiFePO₄的锂电池，目前A123（A123材料）、Saft（HydroQuebec material，Phostech）、Valence Technology（Valence materical），以及中国制造商（中国材料）拥有单体电池产品。这种锂电池的能量密度介于90～110W·h/kg之间，产品目前主要用于功率型场合，而不是能量型场合。

在法国，Bolloré已经在Quimper附近投建了Batscap公司（主要生产锂金属聚合物电池，LMP），并致力于电动汽车用电池（Bluecar）；Johnson Controls-Saft公司也已在Nersac开办了工厂，主要生产可以用在电动汽车中的功率型锂离子电池。此外，Saft公司提供镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池，用于所有的专业移动工业设备（Saft是世界上首家为电子设备和军用设备提供锂一次电池公司）。Saft公司生产的电池可以应用于一些高端领域，尤其是在工业设备和过程加工设备（固定式应用和应急照明）、航空和铁路运输领域（世界主要的镍镉电池制造商）、国防和航天领域（欧洲第一，世界第二）。Saft公司是世界上主要的工业用镍镉电池和多用途锂离子一次电池供应商。Saft公司也是欧洲国防和航天专用电池的主要制造商。

在欧洲，Johnson Control公司和Varta汽车电池公司向欧洲所有的汽车制造商供货。在欧洲有六处生产基地，主要供货给宝马、戴姆勒-克莱斯勒、福特、标致雪铁龙、大众，以及博世汽车制造商，以及家乐福等主要经销商。Johnson Con-trol公司通过与Saft公司建立合资企业，使其具有制造新一代混合动力汽车锂离子电池的能力。

在全球，Johnson Controls公司（美国）是铅酸蓄电池的全球主要供货商。公司定位为在汽车、建筑供电和电力系统等解决方案上具有丰富经验的全球领导者。

8.2.5.4 相关学术领域

大约从15年前，CEA公司就一直致力于开发电化学储能技术。在其位于Grenoble的新能源技术和纳米材料（LITEN）创新实验室，主要的研发工作侧重于太阳能利用技术、氢能和纳米材料等，并将市场定位于建筑、交通和电子三个方面。LITEN开发了一条能够打造系列模型的生产线，用于进行各种锂电池的设计与研制，包括用于混合动力汽车的电池、用于太阳能发电和电网的电池，以及其他需要进行电池创新的新应用（如快速充电电池等）和往往需要具有很高性能指标的应用领域（如医疗设备用电池、超薄电池或印刷电池等）。LITEN的这条生产线包含若干研究平台，包括材料合成设备、机械合成设备等。

在法国所有该领域的相关实验室中，LRCS（Amiens）实验室尤为卓越，特别是在材料研究方面。此外，IMN（Nantes）、LGMPA（Nantes）、LEPMI（Greno-ble）、ICMCB（Bordeaux）和CEMES（Toulouse）等实验室也值得关注。

欧洲在2004年开始的先进Alistore（先进锂电池能量存储系统）的研究系统，是由法国LRC（Amiens）实验室联合14家实验室和12家产业公司，主要进行先进的锂系电池储能系统。

8.2.5.5 美国和日本在储能技术上的研究方向

美国能源部（DoE）制定的关于混合动力汽车用电池规范有以下几个条款：

1）储能量为1～2kW·h，功率能量比大于15；

2）对于插电式混合动力汽车，储能量为5～15kW·h，功率能量比为3～10；

3）对于纯电动汽车，储能量大于40kW·h，功率能量比为2。

美国能源部2008年在混合动力汽车领域的总预算为94000000美元（约合66000000欧元），其中48000000美元（约34000000欧元）用于电池研究。美国能源部通过BATT项目对基础应用研究进行投资，参与者包括一些大学和国家实验室，并通过USABC项目与汽车制造商共同开发电池模组。

该技术采用以层状氧化物或高压，或LiFePO₄作为正极材料，与作为负极的石墨相配合；或采用钛的氧化物取代负极。同时也正在开发其他的电化学系统，例如硫化锂系统。

锂离子电池在2008年的成本是28欧元/kW，是其商业化目标的两倍。对于插电式混合动力汽车，能量成本的目标是350欧元/kW·h（PHEV10，续航里程10mile^[3]），然后下降至210欧元/kW·h（PHEV40，续航里程40mile）。而目前电池在该应用上的成本为700欧元/kW·h。针对上述应用，在比能量方面的要求是2012年达到100W·h/kg，2015年达到150W·h/kg。在有希望取得上述技术指标的技术中，采用5V正极和锂合金负极（如碳化硅）或钛负极是值得关注的技术。

日本的NEDO也将其发展定位在电池储能领域，但有更加雄心勃勃的目标。为了平滑功率和改善电能质量，电池储能在电网方面的应用预计容量需求将超过90GW，目标是成本为100欧元/kW·h，使用寿命20年。目前，Enax、Mitsubishi和Hitachi等公司正在这方面开展研究。

在电动汽车领域，电池规范要求到2015年电池模组比能量达到100W·h/kg，比功率达到2kW/kg，寿命为1年，成本为270欧元/kW·h；或者说电池单体达到比能量200W·h/kg，比功率2500W/kg的水平。2030年的电池模组发展目标是比能量500W·h/kg，成本降到33欧元/kW·h。NEDO指出到2030年，需要通过电池技术的突破性发展，使得单体电池达到比能量为700W·h/kg和比功率为1000W/kg的目标。

法国在储能市场中的地位及前景分析

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