歐洲顛覆性的下一代電池技術(shù)開發(fā)重點(diǎn)：材料研發(fā)、電池界面/相間研究、先進(jìn)傳感器、自我修復(fù)、電池制造、電池回收。

一、BATTERY 2030+制定背景

在歐洲，電池從化石燃料向可再生能源的過渡中起著核心作用。多功能和高性能的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置可以改善交通部門的碳排放，有助電網(wǎng)的穩(wěn)定性，并為廣泛的戰(zhàn)略性行業(yè)提供支持，如醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)、信息和通信技術(shù)、航空航天和先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)。在現(xiàn)代生活的幾乎所有方面，電池可以推動(dòng)創(chuàng)新。從2025年起，歐洲每年可占領(lǐng)高達(dá)2500億歐元的電池市場(chǎng)。

歐洲委員會(huì)于2018年5月發(fā)布的《電池戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃》呼吁制定一項(xiàng)雄心勃勃的大規(guī)模長期電池研究計(jì)劃，作為歐洲電池聯(lián)盟短期工業(yè)計(jì)劃以及SET Plan計(jì)劃的補(bǔ)充和支持?！癇ATTERY 2030+”計(jì)劃是一項(xiàng)關(guān)于未來電池技術(shù)的十年長期研究計(jì)劃。

BATTERY 2030+計(jì)劃將召集歐洲以及整個(gè)價(jià)值鏈上的頂尖科學(xué)家，以實(shí)現(xiàn)電池科學(xué)技術(shù)的飛躍。

BATTERY 2030+的愿景是，發(fā)明未來的電池，為歐洲工業(yè)創(chuàng)造顛覆性技術(shù)和整個(gè)價(jià)值鏈的競爭優(yōu)勢(shì)。BATTERY 2030+將通過跨學(xué)科研究方法，利用人工智能、機(jī)器人技術(shù)、傳感器和智能系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，追求超高性能、可靠、安全、可持續(xù)和價(jià)格合理的電池。

二、總體目標(biāo)

BATTERY 2030+既明確了有待克服的困難，又指出為實(shí)現(xiàn)具有超高性能、可靠性、安全、可持續(xù)和價(jià)格合理的電池需要開發(fā)的工具。

總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)能夠適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景，且具備超高性能和智能功能的可持續(xù)電池。所謂的超高性能指的是，能量密度和功率密度接近理論限值，使用壽命和可靠性非常出色，安全性、環(huán)境可持續(xù)性和可擴(kuò)展性得到強(qiáng)化，能夠以具有競爭力的成本大規(guī)模量產(chǎn)電池。

它面對(duì)著兩大挑戰(zhàn)。第一個(gè)重要挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)最佳的電池性能。針對(duì)于此，新材料和新化學(xué)體系的開發(fā)過程必須加快。面對(duì)電池中有害的腐蝕和化學(xué)副反應(yīng)，新材料需要保持穩(wěn)定。特別需要注意的是電池界面處發(fā)生的復(fù)雜反應(yīng)，如電極材料與電解液之間、電極與集電器之間、電極不同材料之間。BATTERY 2030+提議研究電池界面基因組（BIG）-材料加速平臺(tái)（MAP），采用AI大幅減少電池材料的開發(fā)周期。核心是，開發(fā)可共享歐洲數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集、處理和利用各個(gè)領(lǐng)域電池開發(fā)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。

第二個(gè)重要挑戰(zhàn)是延長和強(qiáng)化電芯及電池系統(tǒng)的使用壽命和安全性。壽命和安全性對(duì)于未來電池的尺寸、成本和可接受度有著關(guān)鍵影響。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，Battery 2030+提出兩種不同且互補(bǔ)的方案：開發(fā)直接在電芯層面探測(cè)化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)的傳感器；通過使用電芯間的自我修復(fù)功能提高電池的性能。

與目前最先進(jìn)的電池技術(shù)相比，《電池2030+》旨在影響電池技術(shù)的未來發(fā)展：

第一，將電池實(shí)際性能（能量密度和功率密度）和理論性能之間的差距縮小至少1/2。

第二，將電池的耐用性和可靠性至少提高3倍。

第三，（對(duì)于特定的電力組合）將電池的生命周期碳排放量至少減少1/5。

第四，使電池的回收率達(dá)到至少75％，并且關(guān)鍵原材料回收率實(shí)現(xiàn)接近100％。

三、五大研究領(lǐng)域

到目前為止，BATTERY 2030+已經(jīng)確定了五個(gè)主要研究領(lǐng)域來應(yīng)對(duì)下一代電池的開發(fā)挑戰(zhàn)。路線圖中列出的研究領(lǐng)域包括：

材料加速平臺(tái)（Materials Acceleration Platform，MAP）電池界面基因組（Battery Interface Genome，BIG）智能感測(cè)和自我修復(fù)（Smart sensing and self-healing）規(guī)模制造（Manufacturability）電池回收（Recyclability）

擬議的研究領(lǐng)域在化學(xué)上都是中性的，這意味著它們可以應(yīng)用于不同類型電池化學(xué)物質(zhì)中，從而對(duì)最新技術(shù)和未來的電化學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

不同研究領(lǐng)域之間的關(guān)聯(lián)

研究工作將涵蓋整個(gè)價(jià)值鏈。例如，如果傳感器、自修復(fù)化學(xué)或其他智能功能得到應(yīng)用，則不僅會(huì)影響可制造性和可回收性，還會(huì)影響電池管理系統(tǒng)（BMS）操作系統(tǒng)、硬件和軟件的開發(fā)。

四、材料加速平臺(tái)（MAP）

從能源生產(chǎn)、存儲(chǔ)，到交付和最終使用，材料的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)貫穿始終。特別是對(duì)于新興的電池技術(shù)，先進(jìn)材料幾乎是所有清潔能源創(chuàng)新的基礎(chǔ)。依靠現(xiàn)有的反復(fù)試驗(yàn)開發(fā)過程，新型高性能電池材料和電池設(shè)計(jì)開發(fā)需要大量的精力、物力和時(shí)間。從最初發(fā)現(xiàn)到實(shí)現(xiàn)商業(yè)化可能需要長達(dá)10年的時(shí)間。而在BATTERY 2030+，項(xiàng)目為了加速超高性能、可持續(xù)、智能電池的開發(fā)，而采取更快，更節(jié)能和更具成本效益的電池開發(fā)方法。這就是建立一個(gè)歐洲范圍內(nèi)共用的材料加速平臺(tái)（MAP）。該平臺(tái)將與下文中的電池界面基因組（BIG）集成在一起。

按照設(shè)定，BIG-MAP基礎(chǔ)設(shè)施是模塊化的，具有高度通用性，可以容納所有新興的電池化學(xué)、材料成分、結(jié)構(gòu)和界面。MAP也將利用AI從許多互補(bǔ)的方法和技術(shù)中集成和編排數(shù)據(jù)。

建立電池MAP平臺(tái)的要素

若依靠傳統(tǒng)的研究策略開發(fā)新型電池材料的，廣泛采用的是愛迪生的試錯(cuò)法，開發(fā)價(jià)值鏈的每一步都有賴于前一步驟的成功。近年來，有事實(shí)顯示，循環(huán)設(shè)計(jì)中虛擬的（通常是原子級(jí)）計(jì)算材料設(shè)計(jì)和操作表征技術(shù)緊密集合，可以加快下一代電池開發(fā)，例如高容量鋰離子陰極、二次金屬-空氣電池的材料。但是還需要進(jìn)一步加速，才能實(shí)現(xiàn)雄心勃勃的2030計(jì)劃。

4.1 MAP關(guān)鍵領(lǐng)域的最新技術(shù)

數(shù)據(jù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫是加速電池材料和界面合理設(shè)計(jì)的主要需求。它可以確保不同來源（例如實(shí)驗(yàn)、測(cè)試和建模）的高質(zhì)量數(shù)據(jù)的訪問和互操作性。歐洲及其他地區(qū)正在創(chuàng)建廣泛的、靈活的且可共享的數(shù)據(jù)庫以及資料庫。此外，諸如PRACE和EuroHPC等計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，以及UNICORE，SimStack，AiiDA和Materials Cloud等平臺(tái)促進(jìn)了高效、可靠的高通量計(jì)算。

多尺度建模，電池性能和壽命由發(fā)生在不同時(shí)間和長度尺度上的工藝所決定。電池模擬需要從不同的長度和時(shí)間尺度上獲得信息，例如，遵循EMMC的指導(dǎo)原則。

材料和界面的實(shí)驗(yàn)表征，例如同步加速器和中子散射設(shè)施，在確保獲取足夠描述電池材料和界面的高保真數(shù)據(jù)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

自動(dòng)合成機(jī)器人，由中央AI控制和指揮，是閉環(huán)材料開發(fā)的核心要素。高度自動(dòng)化，高通量合成物現(xiàn)已成為有機(jī)和藥物研究的最新技術(shù)，在固體和薄膜材料開發(fā)中也有應(yīng)用。對(duì)于用于儲(chǔ)能材料，機(jī)器人輔助的合成和自動(dòng)化也實(shí)現(xiàn)了高通量篩選技術(shù)在電解液、電極活性材料的應(yīng)用。

高通量篩選技術(shù)，在加速相關(guān)電池材料的配制時(shí)，通過使用自動(dòng)化、小型化分析和大規(guī)模數(shù)據(jù)分析，對(duì)大型復(fù)合庫應(yīng)用高通量技術(shù)，可以將速度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

材料開發(fā)中的人工智能，用于訓(xùn)練模型的龐大的、精選的數(shù)據(jù)集是否可用，是基于AI / ML預(yù)測(cè)技術(shù)能否成功應(yīng)用前提。. ChemOS 和Phoenix等軟件包已在自動(dòng)駕駛實(shí)驗(yàn)室的原型開發(fā)階段，但尚未實(shí)現(xiàn)電池應(yīng)用。

4.2 未來開發(fā)重點(diǎn)

歐洲據(jù)點(diǎn)，始終是未來電池技術(shù)開發(fā)的前提。AlistoreERI等跨國研究，RS2E、英國Faraday機(jī)構(gòu)、CELEST德國財(cái)團(tuán)等國家級(jí)研究，都表明較之個(gè)體實(shí)驗(yàn)室，合作可以創(chuàng)造更多新技術(shù)。因此歐洲正在結(jié)合各界優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造歐洲級(jí)別的電池材料加速平臺(tái)。

自主合成機(jī)器人，直到今天，電芯級(jí)電池材料和測(cè)試的全面電化學(xué)表征是加快新型電池材料和界面開發(fā)速度的一個(gè)瓶頸。為了在特定應(yīng)用的背景下探索更大種類的材料，有必要進(jìn)一步開發(fā)高通量合成機(jī)器人，構(gòu)建電解液配方和電極活性材料的表征。

高通量/高保真度表征，建立用于電池材料及其原位和運(yùn)行過程中表征的自動(dòng)化高通量基礎(chǔ)設(shè)施。它將以物理參數(shù)為導(dǎo)向的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的建模和數(shù)據(jù)生成相結(jié)合，對(duì)電池及其內(nèi)置活性材料進(jìn)行高通量測(cè)試，從而開發(fā)加速電池材料和界面開發(fā)的平臺(tái)。

跨區(qū)域數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)，建立通用的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，有助于確保閉環(huán)材料開發(fā)過程中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠跨機(jī)構(gòu)適時(shí)集成和建模。

多維度互連和集成工作流程，機(jī)器學(xué)習(xí)和物理導(dǎo)向的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型可用于識(shí)別最重要的參數(shù)，特征或圖譜。釋放多維度模型的潛力來支持新材料和設(shè)備創(chuàng)造，需要新創(chuàng)新方法橋接。

人工智能開發(fā)，解決難題的關(guān)鍵是開發(fā)混合模型?；贏I技術(shù)開發(fā)的預(yù)測(cè)受限于物力定律。這些模型必須在大量精選數(shù)據(jù)中得到訓(xùn)練，數(shù)據(jù)來自先進(jìn)的多維度計(jì)算模型、材料數(shù)據(jù)庫和文獻(xiàn)，以及運(yùn)行過程中的表征。

統(tǒng)一數(shù)據(jù)協(xié)議，利用歐洲材料建模委員會(huì)（EMMC）和歐洲材料與建模本體（EMMO）支持的語義訪問協(xié)議，以及聯(lián)合學(xué)術(shù)界和工業(yè)界、材料建模和工程的私人團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電池價(jià)值鏈中的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。

電池材料和界面的逆向設(shè)計(jì)，通過所需的性能目標(biāo)，定義電池材料和界面的成分和結(jié)構(gòu)。

4.3 研發(fā)目標(biāo)

自動(dòng)化BIG-MAP愿景是開發(fā)有一種通用的、化學(xué)中性的框架，能夠提升10倍新型電池材料和界面開發(fā)速度。

短期目標(biāo)：開發(fā)用于電池材料和電池的共享且可互操作的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)；涵蓋電池發(fā)現(xiàn)和開發(fā)周期所有領(lǐng)域的數(shù)據(jù)；自動(dòng)化的工作流程，用于識(shí)別和傳遞不同時(shí)間和維度的特征/參數(shù)；構(gòu)建基于不確定性的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和物理混合模型。

中期目標(biāo)：在MAP平臺(tái)中實(shí)施電池界面基因組，能夠集成計(jì)算建模、自主合成機(jī)器人和材料表征；成功演示電池材料可逆設(shè)計(jì)過程；在發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)過程中直接集成來自嵌入式傳感器的數(shù)據(jù)，例如協(xié)調(diào)主動(dòng)的自我修復(fù)

長期目標(biāo)：在BIG-MAP平臺(tái)中建立并展示完全自主和化學(xué)中性；集成電芯組裝和設(shè)備級(jí)測(cè)試；在材料開發(fā)過程中實(shí)現(xiàn)可制造性和可回收性；材料開發(fā)周期5倍加速；實(shí)施并驗(yàn)證電芯級(jí)超高通量測(cè)試的數(shù)字技術(shù)。

五、電池界面基因組（BIG）

MAP提供加速開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施骨干，而BIG將提供必要的協(xié)議和模型，以預(yù)測(cè)和控制關(guān)鍵界面和相間的成因及動(dòng)力。

5.1 未來開發(fā)重點(diǎn)

開發(fā)面向更高的空間分辨率、時(shí)域和操作條件的新型計(jì)算和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，獲得超高性能電池系統(tǒng)構(gòu)造的新認(rèn)知。

為了開發(fā)電池界面基因組，需要高質(zhì)量/高保真度數(shù)據(jù)。它要求開發(fā)高級(jí)操作實(shí)驗(yàn)技術(shù)以用于建立原子級(jí)認(rèn)知。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)、理論和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的全新方法將是必要的，必須基于物理的混合模型和仿真技術(shù)來描述前沿操作實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)一步開發(fā)和利用高保真度表征技術(shù)，對(duì)電池界面及其動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行精確表征，由此建立大規(guī)模共享基礎(chǔ)設(shè)施或數(shù)據(jù)庫。

制定電池材料和電芯標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試協(xié)議，以便通過對(duì)比電芯性能和化學(xué)性質(zhì)來提取有關(guān)電池界面的關(guān)鍵信息。

開發(fā)更精確的模型，以解決更真實(shí)的界面、老化、退化問題，以及復(fù)雜的設(shè)計(jì)方法。它需要足夠的數(shù)學(xué)框架，將電子、原子和介觀模型與連續(xù)模型相結(jié)合。

5.2 研發(fā)目標(biāo)

短期目標(biāo)：建立全歐范圍內(nèi)的電池界面表征/測(cè)試協(xié)議和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；使用AI和仿真技術(shù)進(jìn)行表征和測(cè)試即時(shí)分析的自動(dòng)化模塊；開發(fā)可操作的高通量和高保真界面表征方法。

電池相間設(shè)計(jì)的生成模型

中期目標(biāo)：開發(fā)用于電池界面的時(shí)空演化預(yù)測(cè)的混合模型；成功演示電池中間相逆向設(shè)計(jì)模型；在MAP平臺(tái)（BIG-MAP）中使用電池接口基因組，能夠集成計(jì)算建模、自動(dòng)合成機(jī)器人和材料表征。

長期目標(biāo)：在BIG-MAP平臺(tái)中建立并展示完全自動(dòng)化和化學(xué)中性；界面性能提升5倍；展示電池界面基因組向新型電池化學(xué)物質(zhì)和界面的可移植性。

六、智能功能的集成——傳感器

雖然溫度監(jiān)控對(duì)于延長循環(huán)壽命和使用壽命至關(guān)重要，但是當(dāng)前的技術(shù)還不足以在電芯層面直接進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為了大幅提升電芯的質(zhì)量，可靠性和使用壽命（總簡稱QRL），需要在循環(huán)中對(duì)物理參數(shù)進(jìn)行更好的了解/監(jiān)測(cè)，以及對(duì)電芯內(nèi)發(fā)生的寄生化學(xué)過程進(jìn)行科學(xué)理解。為了突破現(xiàn)有的局限性，我們提出一種顛覆性的方法，即在電芯中注入智能嵌入式傳感器。

裝有輸出分析器的新型電池

6.1 未來開發(fā)重點(diǎn)

將智能嵌入式傳感技術(shù)和功能裝入電池，集成、開發(fā)多種傳感器，如光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)和電化學(xué)傳感技術(shù)，進(jìn)行電芯內(nèi)外信息的傳輸。

由于電池環(huán)境的化學(xué)性質(zhì)苛刻，我們需要開發(fā)具有以下特點(diǎn)的傳感器：具有極高化學(xué)和熱穩(wěn)定性的創(chuàng)新化學(xué)涂料。將傳感器集成、注入電池需要將其尺寸減小到幾微米，以適合電極隔板的厚度。終極挑戰(zhàn)是采用無線傳感技術(shù)，避免連接布線問題。減少接線的第一步可能包括開發(fā)能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)參數(shù)的新型傳感器。

方法必須系統(tǒng)化，并覆蓋電池組，BMS和應(yīng)用的三方聯(lián)系。傳感技術(shù)將提供巨大的數(shù)據(jù)量，對(duì)人工智能（AI）有利。

6.2 研發(fā)目標(biāo)

短期目標(biāo)：開發(fā)電芯級(jí)別的基于多種傳感技術(shù)和簡單集成的非侵入性多傳感方法，易用于電池化學(xué)環(huán)境，具有評(píng)估不同相關(guān)現(xiàn)象的可能性（如界面動(dòng)力學(xué)，電解液降解，枝晶生長，金屬溶解，材料結(jié)構(gòu)變化）；監(jiān)測(cè)電池工作期間關(guān)鍵參數(shù)的正常-異常變化，并定義從傳感器到BMS的適當(dāng)?shù)膫鬟f函數(shù)。通過實(shí)時(shí)傳感將工作溫度窗口擴(kuò)大>10%。

中期目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)電芯級(jí)別以及電池模塊級(jí)別的多功能（電）化學(xué)穩(wěn)定傳感技術(shù)的小型化和集成化，以具有成本效益的方式與工業(yè)生產(chǎn)過程兼容；建立新的自適應(yīng)和預(yù)測(cè)控制算法，利用傳感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高級(jí)BMS；BIG-MAP集成感應(yīng)和自我修復(fù)功能；多價(jià)電極體系過電壓降低>20%；鋰離子電池的電壓窗口增加>10%。

長期目標(biāo)：通過無線方式，依靠新的AI協(xié)議，掌控傳感器與先進(jìn)BMS之間的通信，打造完全可操作智能電池包；在未來的電芯設(shè)計(jì)和化學(xué)生成中，將感測(cè)/監(jiān)視與刺激激活的局部修復(fù)機(jī)制（例如自修復(fù)）相結(jié)合，通過傳感-BMS-自我修復(fù)機(jī)制的集成實(shí)現(xiàn)智能電池。

七、智能功能的集成——自我修復(fù)

要真正確保可靠性，電池應(yīng)該能夠自動(dòng)感知損壞，并恢復(fù)原始配置及其整個(gè)功能。傳感和自我修復(fù)功能緊密相連。我們對(duì)智能的終極愿景是電池集成這兩個(gè)功能。

從傳感器檢測(cè)到的信號(hào)將被發(fā)送到電池管理系統(tǒng)并進(jìn)行分析，如果出現(xiàn)問題，BMS將發(fā)出信號(hào)發(fā)送給執(zhí)行器以觸發(fā)自我修復(fù)過程。

電池材料中自我修復(fù)機(jī)制的示意圖

7.1 未來開發(fā)重點(diǎn)

隔膜功能化，使用隔膜將分子接枝固定在多孔通道內(nèi)，隔膜可以像電極一樣具有自修復(fù)特性。

高分子膜，既可以用作固體聚合物電解質(zhì)，也可以用作電極氧化還原活性物質(zhì)或混合固態(tài)電解質(zhì)的成分。

生物基隔膜，控制電解液的分解從而改善電池的老化。需要使用無毒和生物基分子/蛋白質(zhì)（例如環(huán)糊精）的化學(xué)方法，設(shè)計(jì)薄而多孔的可控膜。

自我修復(fù)電極，可逆邊界制成的滑動(dòng)凝膠可用于控制隔膜表面的組織并優(yōu)化電池裝置的效率。另一種選擇是復(fù)合電極，它含有通過刺激來釋放修復(fù)劑的微膠囊。微膠囊具有礦物或聚合物外殼，殼破裂后會(huì)釋放鋰鹽、鈉鹽等。

7.2 研發(fā)目標(biāo)

短期目標(biāo)：歐洲研究團(tuán)隊(duì)跨領(lǐng)域合作，形成一個(gè)新的研究組織，開發(fā)電池的自我修復(fù)功能；工程師對(duì)隔膜進(jìn)行功能化并開發(fā)依靠H-H鍵進(jìn)行可逆交聯(lián)的超分子結(jié)構(gòu)，以修復(fù)電極-隔膜，同時(shí)與目標(biāo)電池的化學(xué)性質(zhì)兼容。

中期目標(biāo)：設(shè)計(jì)可容納多種功能有機(jī)-無機(jī)修復(fù)劑膠囊的隔膜，可通過磁性、熱或化學(xué)作用觸發(fā)自我修復(fù)功能；確定與刺激驅(qū)動(dòng)的自我修復(fù)操作相關(guān)的響應(yīng)時(shí)間，修復(fù)電極斷裂或SEI老化。

長期目標(biāo)：設(shè)計(jì)和制造具有受控功能和孔隙率的低成本生物基隔膜，用于離子檢測(cè)和調(diào)節(jié)模擬由生命科學(xué)蛋白制成的通道；在電芯傳感和BMS之間建立有效的反饋回路，通過外部刺激適當(dāng)觸發(fā)已經(jīng)植入電芯的自我修復(fù)功能。

八、新型電池技術(shù)的可制造性

8.1 未來開發(fā)重點(diǎn)

在未來應(yīng)避免使用當(dāng)前的反復(fù)試錯(cuò)方法，并且電芯和制造過程必須“智能化”，給他們創(chuàng)造一個(gè)數(shù)字身份?？梢钥偨Y(jié)出如下未來電池設(shè)計(jì)和制造過程所需的進(jìn)步：

引入新機(jī)能，例如自修復(fù)材料/界面、傳感器或其他執(zhí)行器、電池生態(tài)設(shè)計(jì)和替代電池設(shè)計(jì)。靈活的制造工藝和高精度的建模工具，優(yōu)化加工條件和機(jī)器參數(shù)，盡量減少人工，反復(fù)試驗(yàn)和廢品；開發(fā)用于處理焊膏和電池性能的實(shí)時(shí)模型（即電池制造的數(shù)字化模型）。在電芯制造過程中開發(fā)和驗(yàn)證多重物理量和多尺度模型，準(zhǔn)確了解制造的每個(gè)步驟。

8.2 研發(fā)目標(biāo)

短期目標(biāo)：從最先進(jìn)的信息開始，重點(diǎn)放在電芯設(shè)計(jì)方法。改進(jìn)模擬工具，例如多物理量模型，減少電芯設(shè)計(jì)的計(jì)算量，并通過深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用當(dāng)前的AI技術(shù)。

AI驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和制造方法作為一個(gè)整體聯(lián)系在一起

中期目標(biāo)：將BIG, MAP，傳感器，自我修復(fù)，回收和其他創(chuàng)新整合到制造過程中；在完成電芯級(jí)別設(shè)計(jì)后，采用AI驅(qū)動(dòng)的制造方法，即模型-> AI->制造（包含新制造技術(shù)以及制造過程的數(shù)字模型）；可擴(kuò)展的電池化學(xué)成分，例如多價(jià)和有機(jī)的；證明已建立的BIG-MAP平臺(tái)向如液流電池等可替代電池概念的可移植性。

長期目標(biāo)：通過在整體原型開發(fā)中集成電芯設(shè)計(jì)子循環(huán)，成熟地實(shí)施整體AI驅(qū)動(dòng)方法，作為BIG-MAP平臺(tái)的完全自主系統(tǒng)。該方法有助于新技術(shù)的商業(yè)化，將逐步用于工業(yè)和學(xué)術(shù)界。

九、電池回收

根據(jù)回收效率規(guī)定，回收物含量應(yīng)達(dá)到：鉛酸電池重量的65％，鎳鎘電池的重量的75％，其他電池的重量的50％。

9.1 未來開發(fā)重點(diǎn)

基于一種新型的綜合方法來回收材料和傳感器，BATTERY 2030+將提出一個(gè)基于以下方面的新模型：

數(shù)據(jù)收集和分析（來自標(biāo)簽、BMS、傳感器...）現(xiàn)代低碳足跡物流概念，包括分散式處理；自動(dòng)將電池包拆解到電芯級(jí)別；盡可能探索重復(fù)使用和再利用；自動(dòng)拆解電芯至最大的單個(gè)組件；開發(fā)選擇性粉末回收技術(shù)，并對(duì)其翻新為電池級(jí)活性物質(zhì)。在不可能的情況下，進(jìn)行成分調(diào)整，合成為前驅(qū)體；促進(jìn)和發(fā)展國際合作

在BATTERY 2030+ 10年的時(shí)間跨界內(nèi)，一個(gè)電池回收的循環(huán)模型將被設(shè)計(jì)出來，其中包含具體拆卸和裝配方法：

電池設(shè)計(jì)中盡可能延長壽命，并考慮重新校準(zhǔn)、翻新以及二次使用和多次使用的適用性；集成傳感器和自我修復(fù)，可用于識(shí)別損壞/老化組件，并為它們的重復(fù)使用做準(zhǔn)備；可追溯性，尤其是整個(gè)電芯生命周期中關(guān)鍵原材料（CRM）的可追溯性，自動(dòng)電池分揀和評(píng)估，以及開發(fā)對(duì)有價(jià)值、關(guān)鍵材料的有效、單步的、低成本和可持續(xù)的回收處理方法；選擇性回收過程將需要人工智能和分揀設(shè)備，而且需要適用于任何電池技術(shù)的通用方法：即使是金屬-空氣電池等新型電池，該通用方法也能最大化回收電池組件。

電池回收的10年路線圖

9.2 研發(fā)目標(biāo)

短期目標(biāo)：為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性和方便拆卸，開始構(gòu)建設(shè)計(jì)一體化，開發(fā)數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)，開發(fā)用于電池組/模塊分揀和重復(fù)利用/再利用的技術(shù)，開始開發(fā)自動(dòng)化電池拆解技術(shù)，開發(fā)電芯快速表征的新測(cè)試技術(shù)。

中期目標(biāo)：開發(fā)自動(dòng)將電池拆解成單個(gè)組件的技術(shù)，粉末和組件的分類和回收技術(shù)，以及將其翻新為先進(jìn)新型電池活性材料的技術(shù)；開發(fā)二次利用中材料重復(fù)使用的預(yù)測(cè)和建模工具；顯著提高關(guān)鍵原材料的回收率（例如通過回收石墨），以及減少對(duì)能源和資源消耗；

長期目標(biāo)：將開發(fā)和驗(yàn)證完整的直接回收系統(tǒng)；系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上可行，安全，且對(duì)環(huán)境友好，并且碳排放量更低。

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