-1-2021年8月2日第23期总第496期美国国家锂电池发展蓝图（2021-2030）【译者按】2021年6月，美国能源部发布了由联邦先进电池联盟（以下简称联盟）编制的《美国国家锂电发展蓝图2021-2030》（以下简称《蓝图》）。该《蓝图》以美国经济态势、国家安全和全球竞争力为背景，全面分析了美国锂电产业的发展现状和未来前景，通过对本国锂电池制造业竞争力进行评估，提出了美国锂电池供应链的五大建设目标。赛迪研究院先进制造业研究中心对该《蓝图》进行了编译，期望对我国锂电产业未来发展规划有所借鉴。【关键词】锂电池新能源汽车自主可控新材料 -2-一、《蓝图》发布的背景（一）美国经济领域当前锂电产业的主要下游需求仍来自于电动汽车（EV）。如图1所示，根据彭博社预计，到2028年美国电动车销量将达到320万辆，以电动汽车电池的平均容量为100千瓦时来估算，国内锂电池产能需要达到320千兆瓦时才能满足乘用电动汽车的需求。英国基准矿业情报公司1（BenchmarkMineralIntelligence）预计，到2028年，美国锂电池产能仅为148千兆瓦时，还不足预计需求量的50%。除电动汽车市场外，先进电池电网储能应用也将持续增长，据彭博社预计，到2040年，全球先进电池电网储能部署量将由2018年的9GW将猛增至1095GW以上。为了在锂电池市场占据一席之地，美国必须打造稳健的锂电池供应链，且能够规模化生产先进可靠的电动车和电网储能电池。如果不采取行动，美国就可能面临电池和关键原材料长期依赖于外国资源的巨大风险。1英国基准矿业情报公司是国际证监会下的锂电池和电动汽车供应链咨询公司 -3-美国中国日本欧洲印度韩国澳大利亚世界其他地区来源：彭博新能源财经《电动车长期市场展望2019》图1：乘用电动车年销量（纯电电动车和插电混动电动车）（二）国家安全方面在美国及其盟国和合作伙伴国家境内维持和扩大锂电池和电池制造业产能，不仅事关美国国家安全，而且是发展稳健国防供应链、免于遭受对手威胁的关键所在。矿产、原材料和电池供应链的安全问题迫在眉睫，而军队对锂电池技术的需求和多样化应用越来越多，使未来战略不容乐观。虽然电池技术领域的商业投资规模巨大，能力水平相当先进，但国防部却无法有效利用，所 -4-部署的武器和平台在电池方面也无法摆脱竞争对手在供应链方面的控制。为解决上述问题，国防领域就需要争取联邦其他机构和国际合作伙伴的支持，为其所需要的先进锂电池打造安全可靠的供应链。（三）全球竞争态势许多其他国家已经构建了垂直电池制造业供应链，并有强有力的国家战略支持。中国拥有全球最大的电动汽车市场，主导着包括矿产和原材料的加工的锂电池制造业供应链。同时中国出台了强有力的激励政策，通过零售补贴为国产产品增加需求，大力支持国内电动汽车制造业的发展，并且出台了电池认证计划，限制外国产品进入市场。欧洲和印度也在制定政策措施（主要是强制性规定和激励性政策）和计划，试图撼动中国在锂电池生产领域的主导地位，谋求供应链的本地化。欧盟将电池列为欧盟产业政策的优先发展项目，并在2017年成立了欧盟电池联盟，制定了保障电池生产和整个供应链关键原材料供应的战略计划。日本和韩国制造商参与了中国以外大部分市场的电池生产投资，在中国和美国市场也都有着巨额投资；但因本国电动汽车市场增长有限，使其主要在大中华、欧洲和北美市场投资扩产。 -5-美国要建立竞争力强、可持续发展的锂电池制造产业，所面临的挑战异常巨大，国家必须迅速行动起来。二、美国未来锂电市场增长预测目前，美国锂电池或替代性可充电电池化学品市场可分为商用市场和国防市场。尽管两个市场终端应用和要求有所不同，但创新和研发都不可或缺。为上述两个市场建立成熟的国内生产和可靠供应链，是保障美国经济竞争力和国家安全的必要条件。（一）商用市场锂电池的美国商用市场包括商用和乘用电动汽车、固定式储能以及航空三个方面。如图2所示，锂电池需求在未来几年预计将大幅增长。 -6-来源：阿贡国家实验室，2021年3月图2：全球锂电电动汽车电池需求预测1、商用和乘用电动汽车市场对电动汽车而言，最领先的技术就是锂电池汽车。相比于其他可用电池技术，锂电池有着高能量、高功率、长寿命的优势。电动汽车是推动锂电池需求增长的关键领域，也是美国国内锂电池制造业需求最重要的市场。美国锂电池电池制造业必须大幅增产扩建，才能满足不断增长的国内市场需求。2020年，全球747千兆瓦时的电动汽车电池制造业产能中，美国产能约占8%，约 -7-59千兆瓦时（见图3）。预计到2025年，全球电动汽车电池制造业产能将增长至2492千兆瓦时，其中美国产能将增长至224千兆瓦时，仍不足以满足美国乘用电动汽车市场对锂电池电池产能的需求。来源：“锂电池超级工厂评估”，英国基准矿业情报，2021年3月图3：电池制造业产能2、固定式储能市场固定式储能技术2要求电池组具备更高的耐久性，但对能源密度和重量的要求相对较低，因此长期来看非锂储能技术是最具成2固定式储能系统包括一组电池、电子控制系统、逆变器和热管理系统，并集成在一个设备外罩中。固定式储能系统可以存储能量，并在需要时将能量转化为电能，释放出来。 -8-本效益的解决方案。然而，2020年上半年已授权的公共事业类的固定式储能项目中，有98%采用了锂电池，全年的锂电池固定式储能部署量为1.5千兆瓦，预计2025将增加至7.8千兆瓦，2030年将达到8.5千兆瓦。3、航空市场正如电动汽车一样，电动飞机有望成为空运零排放的解决方案。可用于城市包裹投送或最多4名乘客的空中出行的电动垂直起降（eVTOL）飞机已发展成为一个新兴市场。预计到2025年，全球电动垂直起降飞机市场规模将在1.62亿美元到10亿美元之间。依托目前锂电池的技术发展，可以实现电动垂直起降飞行器的初步商用，但将商用电动飞机拓展至大型飞机市场，例如应用于大型单过道737飞机，就需要锂电池技术实现重大突破。下一代高比能量电池技术在其寿命和耐久性要求还无法满足汽车市场时，很可能率先应用于航空领域。而电动航空市场率先采用先进电池技术，将有望加快下一代电池技术的商业化应用。（二）国防市场除了电动汽车和先进电池领域的迫切需求外，美国国防部也需要可靠安全的先进能源储能技术来支持联合部队、应急基地和军事设施开展关键任务。国防应用所需电池的某些特性，使其无法使用商用电池。最重要的是，军事平台、传感器、武器和作战 -9-人员装备的使用环境与商用电池截然不同。军用系统中电池需要面临高寒或高温环境，抵抗剧烈的冲击和震动，即使在长期存放后也能立即投入使用。虽然没有正式的估算数据，但国防部认为国防应用电池的需求必然会出现增长，不仅仅是作战平台、武器、传感器和单兵作战装备，还包括新兴的混动型作战平台和战术微型电网。三、美国锂电池产业评估美国主要采取鼓励私营领域、以市场为导向的产业发展策略。企业、大学和国家级实验室有着长期积累的强大研发实力，但薄弱的知识产权保护和技术转让政策而处处掣肘。在联邦层面和州政府层面已出台众多影响电池储能系统发展的政策，但是这些政策缺乏整个国家的协调联动。拜登政府承诺将大力控制碳排放，并通过《美墨加三国协议》3(USMCA)形成了新型贸易结构，增强了美国的竞争力。但中国仍然在迅速扩大产能，美国要发展锂电产业，必须要直面来自中国的挑战。下图用SWOT分析法评估了美国在全球电池制造业中的地位（图4）。3《美墨加三国协议》，简称USMCA，是美国、加拿大和墨西哥达成三方贸易协议。《协议》与2020年7月正式生效，旨在保护劳动者权益，改善纠纷解决机制，加强环境的保护。 -10-图4：全球电池制造业中，美国的优势、劣势、机会和威胁（SWOT）分析四、美国锂电池产业的五大目标《蓝图》对整个锂电池生态系统进行了整体分析，且重点是发展可持续的国内供应链。图5列出了当前锂电池从原材料生产到报废回收的整个供应链。联盟4针对供应链的每个环节都提出了关键发展措施，以加强国内产业，并为可持续能源制造业提供公平的就业机会。4联邦先进电池联盟由美国能源部、商务部、国防部和国务院联合成立，职责是寻求保障国内锂电池供应的协调方法，加快建设稳健安全的国内锂电产业。 -11-图5：锂电池原材料供应链目标一：保障原材料和提纯材料的供应，并发掘商业和国防应用关键矿物的替代品 -12-建设稳健、安全的国内锂电池工业基地需要可靠的原材料、提纯材料和加工材料供应，同时包括积极挖掘次生矿物5和非常规矿产6来源，寻找可持续的多样化替代品供应。其目标是减少美国锂电池制造业对稀缺材料，特别是对钴和镍的依赖性，建立一个更强大、更安全、更有弹性的供应链。通过美国政府正在进行的举措和与盟国的伙伴关系，确保关键矿物可靠的国内和国际来源，这与在锂电池供应链中发现最终取代这些稀缺矿物的新材料一样重要。新投产和扩产必须符合现代环保标准，制定切实可行的劳动条件，遵守严格的社区意见征询流程，包括通过政府间的合作及与部落民族进行协商，同时还要对废料处理的经济成本有清晰的了解。近期目标（2025）与合作伙伴和盟国合作建立关键矿产等关键电池原材料的可靠来源和供应，包括国内和国际供应。提高美国关键电池矿产(锂、镍和钴)的安全和可持续产能，支持研发活动和采矿活动。制定联邦政策，支持建立有弹性的国产和全球关键原材料5次生矿物是在岩石或矿石形成之后，其中的矿物遭受化学变化而改造成的新生矿物，其化学组成和构造都经过改变而不同于原生矿物。6非常规矿产资源是指目前理论、技术、经济以及黄精因素的显示尚未被认识或未能开发利用的矿产资源或潜在资源 -13-来源与供应。长期目标（2030）支持加工技术研发，实现锂电池的无钴和无镍。使资源回收成为电池循环经济中的关键组成部分，实现完整的具有竞争力的锂电池回收价值链。表1：美国矿产储量及制造能力与全球对比元素美国储量（1000公吨）世界储量（1000公吨）美国储量对应的总产能(GWh)世界其他国家储量对应的总产能(GWh)锂750210007470209163钴53710070394164镍10094000167156510锰2300001300000327169318492176来源：阿贡国家实验室依据美国地质调查局（USGS）《2021年矿产品摘要》，并使用LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2阴极锂电池的BatPaC4.0进行模拟目标二：支持美国原材料加工基地的发展，满足国内电池制造业的需求目前，美国大部分锂电池原材料的加工需要依赖于国际市场。发展具有成本竞争力的国内锂电池原材料加工产业，将造福整个国家。从锂电池中消除关键矿产（比如，钴和镍）的使用，和采用全新工艺来降低阴极、阳极和电解质等电池材料成本，是实现材料加工产业未来增长的关键推动因素。近期目标（2025） -14-出台推动国产电池原材料加工产业增长的激励措施。支持原材料加工工艺的创新，生产低钴/无钴电解材料，并实现规模化生产。改良现有材料的加工工艺，降低成本，提高性能，将电池成本降至60美元/千瓦时。与合作伙伴和盟国合作，支持加工原材料的供应链多样化。长期目标（2030）支持原材料加工创新，生产无钴无镍的电解材料，并实现规模化生产。表2：锂电池制造业中游：按国家划分，各种电池部件在全球总产能中的占比国家阴极制造（300万吨）阳极制造（120万吨）电解液制造（33.9万吨）隔膜设备制造（19.87亿平方米）美国--10%2%6% -15-中国42%65%65%43%日本33%19%12%21%韩国15%6%4%28%世界其他10%--17%2%来源：彭博新能源财经，电池部件制造业资产图2019年，2021年3月15日获取目标三：刺激美国电极、电池和电池组制造业的增长过去十年，电池储能技术实现了重大进步，电池能量密度7大幅提高，到2020年已达到143美元/千瓦时，且电池组成本降低了约85%。尽管如此，要实现本土增长，使电池和电池组制造业回流美国国内，还需要持续激励支持电动汽车的普及和推广。美国应当制定联邦政策框架，鼓励电极、电池和电池组的国产化，刺激锂电池需求增