摘要：德國壓力機廠家分析相關報告，發現開發靈活的（de）製造流程和高精度建模工具，以優化工藝、條件和機器參數，開發用於處理（lǐ）電極漿料，電極片生產，電池組裝，電池（chí）包組裝和電池性能的實時模型（即用（yòng）於電池（chí）製造的數字化模型）。

Part I:“電池2030+（BATTERY 2030+）”背景（jǐng）

《電池2030+（BATTERY2030+）》是一項大規模的歐洲長（zhǎng）期研究計劃，為歐盟委員會提出的戰略能源技術計劃（SET-plan）的（de）想法之一，旨（zhǐ）在（zài）聯合（hé）歐洲（zhōu）整體解決未來電池研發過程中所（suǒ）麵臨的各項（xiàng）挑戰（zhàn），克服重（chóng）重阻力達成（chéng）宏（hóng）大的既定的電池性能目標（biāo）。

研究內容（róng）以“化學中性途徑（jìng）（chemistry neutral approach）”為導向，基於現有或未來多（duō）種不同類型的電池化學物質，通過縮小各自之間的差距（jù）來發（fā）揮其全部潛力以實（shí）現電池的實（shí）際（jì）能力和理論極限。

理念上（shàng）基（jī）於給歐洲電池企業乃至全球電池企業的價值鏈提供新的發展和支持，比如從原材料到先進材料的發（fā）展，到電池和電池包的設計製造，電池（chí）壽命終止後的（de）回收利用和電池實際應用場景等。

除此之（zhī）外（wài），《電（diàn）池2030+》的長期（qī）發（fā）展路線圖也充分地彌補了（le）歐洲電池內部的中期研究和創新工作–歐洲技術和創新平台（ETIP）。

因（yīn）此，歐（ōu）盟希望借助於《電（diàn）池2030+》來推動歐洲為期10年的大規模努力以促進電池領域的變（biàn）革（gé）性發展。不斷提出新的研究（jiū）方法和開拓新的創（chuàng）新領域，實現安全的超高性能電池開發，最終實現歐洲社會2050年前不再使用化石能源（如圖（tú）1所示）。

2019年3月，歐盟啟動《電池2030+》協調和支持行動（dòng），以確定計劃的研發路線圖。本次發布的《電池2030+》研發路（lù）線圖第二版草（cǎo）案經討論修改後，將於2020年2月底提交給歐盟委員會。

 

圖1. 《電池2030+》的長期願景及使命

Part II:“電池2030+”計劃目標

據德國壓力機廠家了解，《電池2030+》的總體目（mù）標是實現具有超高性能和智能化的可持續電池功能以（yǐ）適用於每個應用場景。所謂超高性能，是指能量和功率密度接近理論極限，出（chū）色的使（shǐ）用壽命和可靠性，增強安全性，環境可持續性和可擴展性，以實現具有競爭力成本（běn）的大規模化生產電池。

第一個重要挑戰是達到最好的電池性能（néng），因（yīn）此發現新材料和新化學體係的開發過程（chéng）必須（xū）加（jiā）快。《電池2030+》提出電池界麵基因組（BIG）–材料加速平台（MAP）計劃，將采用人工智能（AI）大幅減少電池材料的（de）開發周期。

第二個重要挑戰是延長單體電（diàn）池和電池（chí）係統的使用壽命和安全性。壽命和安全都對未來電池的大小，成（chéng）本和接受度具（jù）有關鍵性影響。

為了實現第二個（gè）挑戰，《電池2030+》提出了兩（liǎng）種不同且互補的建議方案（àn）：開發直接在化學和電化學反應（yīng）中可探測的（de）傳感器，將新型傳感器嵌入電池中連續監控其“健康”和“安全狀（zhuàng）態”。另一方麵，通過使用自愈合功能來提高（gāo）電池容量並提高電池性（xìng）能。

與目前最先進的（de）電池（chí）技術相比，《電池2030+》旨在提出並影響電池技術的未來發展（如圖2）：

第一，將（jiāng）電池（chí）實際性能（能量密度和功（gōng）率密度）和理論性能之間的差距減少至少1/2。

第二，至少將電池的耐用（yòng）性（xìng）和（hé）可靠性提高3倍。

第三，對於給（gěi）定的電力組（zǔ）合，將電池的（de）生命周期碳足跡（jì）減少至（zhì）少1/5。

第四，使電池（chí）的回收率達到至少75％，並實現（xiàn）關（guān）鍵的原材（cái）料回收（shōu）率接近100％。

 

圖2.《電池2030+》對未來電化學存儲係統的最新技術展望

Part III:“電（diàn）池2030+”主要研（yán）發方向

3.1 材料加速平台（Materials Acceleration Platform，MAP）

從能源（yuán）技術的生產，存儲到最終交付使用，材料的發現和開發始終貫穿於整個過程。特別對於新興的電池技術，先進材料幾乎是所有清潔能源創新的基礎。

若依靠現有（yǒu）的傳統重複性試驗開發過程，需要耗（hào）費大量（liàng）的時間，人力物（wù）力去開發新型高（gāo）性能電池（chí）材料並用於電（diàn）池設計，這一（yī）過程從最初（chū）發現到完全實現商業化（huà）可（kě）能長達10年之久。

因（yīn）此，在（zài）《電池2030+》項目中，為了加速（sù）超高性能的，可持（chí）續發展（zhǎn）的智能型電池（chí）開發，計劃在歐洲範圍內設立電池“材料加速平台（MAP）”，並與電池（chí）界（jiè）麵基因組（BatteryInterface Genome，BIG）集成在一起。

同時（shí）BIG-MAP基礎設施模塊化設置，全係統具（jù）有高度的通用性，以便能夠容納所有新興的電池化學體係，材料成分，結構和界（jiè）麵。

另一方（fāng）麵，MAP將利用人工智能（AI）從許多互補的方法和技術中集成和編排數據，整合計算材料設計，模塊化和自（zì）主性綜合機器人技術和先進（jìn）表征，實現全（quán）新的電池開發策略。促進材料，工藝和設備的逆（nì）向設計和（hé）定製。

最終，在MAP框架下由每（měi）個核心元素構建概念電池，開發出具有突破性的電池材（cái）料，極大提高電池開發速度和電（diàn）池性能。

 

圖3. 電（diàn）池材料加速平台（MAP）的核心組成部分

（一）MAP重點研發技術

a. 高通量技術：開發自（zì）主材料合成機器人，構建電池材料自身及使用過程中原位的自動化高通量表征。實現電極活性材料及（jí）其組合方式的快速篩選和（hé）電解（jiě）液配方的係統表征。基（jī）於高通量數據的建模（mó）和數據（jù）生成相結合，以物理參數（shù）為導向對電（diàn）池及其活性（xìng）材料（liào）進行分析和表征。

b. 建立基於分布式訪問模（mó）型的跨區域（yù）通用數據基礎架構，實現多維度互連和集成工作流程：確（què）保在材料的（de）閉（bì）環研發過程中，能夠實時進行跨區域的實驗數據集成和建模。通過數據的共享實現信息的匯（huì）總及規模化分（fèn）析。

以（yǐ）機（jī）器學習和物理理論為導向（xiàng）的數據驅動模型去識別材料開發過程中重要的（de）參數和特征，開發有效的和穩固的方（fāng）式耦合和連（lián）接不同維度的模型，加速材料開發過程。

c. 開發基於電（diàn）池係統的人工智能（AI），構建統一數據框架：基於AI技術開發集成物理參數和數據驅動的混合型模型。

比（bǐ）如（rú）目前已有一些AI軟件包如ChemOS和phoenix正在用（yòng）於自驅動實驗室的原型開發階段。利用歐洲材料建模委員會（EMMC）和歐洲材料與建模本體（EMMO）支持的訪問協議，將學術界和工業界、材料建模（mó）和實際應用工程聯係（xì）起來，實現電池整（zhěng）體價值鏈（liàn）的數據標準化傳遞及共享。

d. 電池（chí）材料和界麵的逆向設計工程：通過所需的目標性能定義電池材料和/或界麵的組成（chéng）和結構，從而打破傳統（tǒng）的開發過程，促進材料的高效高速（sù）開發。

（二）MAP研發計劃

短期計（jì）劃：開發用於電池材料和電池本身的共享且可互操作的數據基礎架構接口，涵蓋電池發現和開發周期（qī）所有領域（yù）的數據；自（zì）動化的工作流程，用於識別在不同時間尺度（dù）下傳遞相關特征/參（cān）數；構建基於不確定（dìng）性的電池材料的數據驅動和物理模型。

中期計（jì）劃：在材料加速平（píng）台（MAP）中實現電池基因組（zǔ）（BIG-MAP）構建，能夠集成計算建模，自主合成機器人技術和材（cái）料表（biǎo）征；展示電池材料的逆設計過程；在發現和預測過程中直接集成來自嵌入式（shì）傳感器的數據，例如主動的自（zì）我愈合（hé）。

長期（qī）計劃（huá）：在電池基因（yīn）組平台中建立完全的自主開發過程；集成電池單元組裝和設備級測試；包（bāo）含材料發現過程中的可製造性和可回收性；展示材料開發周期的5倍加速；實施並驗證用於電池超高通量（liàng）測試的數字（zì）技術。

3.2 電池界麵基因組（Battery interface genome，BIG）

電池不僅包含電極和電解質之間的界麵，而且還（hái）包含其他大量（liàng）重要的界麵，例如：在集流體和電極之間或在活性材料和諸如導電碳和/或粘結劑等的（de）添加劑之（zhī）間。因此在（zài）開發新（xīn）的電池（chí）化學體係或現有電池技術中（zhōng）引入新的化學物質（zhì）時，界麵是有效利（lì）用電池電極材（cái）料關鍵之所在。

MAP是提供基（jī）礎設施以加快材料的發（fā）現，而《電池2030+》提出BIG將對材料開發過程提供必要的（de）理解和模型，以預測和控製影響電池性能（néng）關鍵（jiàn）界麵的動態變化（如圖4所示）。

BIG將高度適應不同的化學物質，從材料到設計，用大量數據構建模型，形成全新的材料開發途徑，以超越（yuè）當前的鋰離子電池技術。

 

圖4. 電池界麵基因組（BIG）運（yùn）作流程

（一）BIG重點（diǎn）研發技術

a. 開發更高的空間、時間分辨率和運算速度的新型計算方法和實驗技術：以獲得超高性（xìng）能電池係（xì）統構造和材料組合搭配的新理解。通過基於物理的數據驅動混合模型和仿真技術描述最（zuì）先進的實驗和（hé）技術方（fāng）法。

b. 開（kāi）發具有高還原度的電池界麵表征技術：通過對電池（chí）界麵及其（qí）動（dòng）態特性的精（jīng）確表征（zhēng），建立（lì）電池界麵屬性的大型共享數據（jù）庫，利用大數據再對表征（zhēng）技術進行優化調整（zhěng），不斷修正測試偏差，真實還原界麵（miàn）工作過程，提高（gāo）保真度。

c. 建立電池及其材料的標準化測（cè）試協議（yì）：發布詳細的材料表征檢查列表，通過將（jiāng）電池性能（néng）與材料化學性質（zhì）逐一比對來獲取有關電池界麵（miàn）的關鍵信息。

d. 構建更精（jīng）確（què）的材料結構與電池性能（néng）模型：利用電子，原子及介觀材料尺度模型耦合形成連續相模型（xíng），真實反映電（diàn）池正常工作時（shí）的界（jiè）麵狀態、老化和衰減機製。

（二）BIG研發計劃

短期計劃：建立一定範圍內表征/測試協議和數據的電池（chí）界麵標準；開發可利用AI和（hé）仿真模擬技術進行動態特征分析和數據測試的自主模（mó）塊；開發（fā）可互操作的高通量和高保真的界麵表征方（fāng）法。

中期計劃：開發預測混合（hé）模型，用於在時間和空間尺度（dù）上推演電池界麵；演示模型電池間逆向合成設計；能夠在MAP平台（BIG-MAP）中實現電池界麵基因組計算建模，自主綜合機器人技術和材料的集成（chéng）表征。

長期計劃：在BIG-MAP平台中建立完全（quán）的自（zì）主開發過程（chéng）；證明界麵性能（néng）提高5倍；表明電池界麵基因組到新型電池化學的（de）可移植性。

3.3 智能傳感器（Integration of smart functionalities–sensing）

隨著目（mù）前對電池應（yīng）用的（de）依賴性不斷提高，要求對電池的狀態進行準確監控（kòng），提高其（qí）質量，可靠性和使用壽命。在過去幾十年中，雖然許多電化學阻抗設備（EIS）以及先進的電池管理係統（tǒng）（BMS）發展，但成效有限。無論電池（chí）技術發展（zhǎn）如何，性（xìng）能（néng）仍取決於（yú）電池單（dān）元內界麵的性質和（hé）依賴於溫（wēn）度驅動的反應以及不可預（yù）測的動力學。

雖然監控溫度對於延長循環壽命和延長電池壽命至關重要，但在目前（qián）電動（dòng）汽車的應（yīng）用中也無法直接測量單體電池的溫度。為了更好了解/監測電池工作過（guò）程中的物理參數對電化學反應過程的影（yǐng）響，有效解決黑箱問題。

《電池2030+》提出將智能傳感器嵌入到電池中，能夠實現電池在空間和時間（jiān）上的分辨監視（如（rú）圖5所示）。這樣可以整合和開發各種傳感技術在電池中以實（shí）時傳遞信息（如溫度，壓力，應變，電解（jiě）質成（chéng）分，電極膨脹（zhàng）度，熱流變化等）。

最重（chóng）要的是（shì）依據大量的原位（wèi）實時監測（cè）數（shù）據，可以與BIG-MAP協作構建電池工作狀態（tài）函數及模型，開發（fā）智能的響應式電池管理係統（tǒng）。將在單體電（diàn）池級別和整個係統級別上進行分層管理。

 

圖5. 未來（lái）具有（yǒu）原位傳感及輸出分析裝（zhuāng）置的電池

（一）智能傳感器重點研發技術

a. 集成和開發適用於電池的（de）多種傳感器，將智能功（gōng）能嵌入電池：光學、電學、熱學、聲學和電化學傳（chuán）感器用於設計/開發固（gù）態電解質（zhì）（SEI）中間相動態監測功能。比如利用電（diàn）阻溫度檢測器（RTD），熱敏電阻，熱電偶等溫度傳感器監控電池內外的局部及整體溫度變化。

電化學（xué）傳感器主要用於監控（kòng）電池界麵SEI增長，氧化還原穿梭物質和重金屬溶（róng）解。壓力傳感器可以檢測（cè）電極應變和壓力變化，從而反應電池的SoC以及SoH狀態。

光學（xué）傳感器則可以對（duì）電池（chí）局部（bù）溫度，壓力和應（yīng）變通（tōng）過光學信號同時感（gǎn）應，其中光子晶體纖維（wéi）傳感器可（kě）以對多感應信號同時采（cǎi）集但又解耦合分析，是未來發展多參數監測新型傳感器的趨勢。

b. 開發具有創新化學塗（tú）層的傳感器：采用特（tè）殊塗（tú）層的傳感器，減（jiǎn）緩電解液及電化學反應副產物對傳感（gǎn）器的腐蝕，提升器件穩定性（xìng），傳導靈敏性和（hé）使（shǐ）用壽命。將傳感器（qì）尺寸減小到幾微米（mǐ）以匹配電池隔離膜（mó）的厚度，采用無線傳感技術來避免複雜的連接（jiē）布線問題。

（二）智能傳感器研發計（jì）劃（huá）

短期計（jì）劃：在電池單元級（jí）別上，依靠各種傳感技術和簡單（dān）的集（jí）成開發非侵入式多傳感方法，為評估電池內界麵動力（lì）學，電解質降（jiàng）解，樹枝狀生長，金（jīn）屬溶解，材料結構變化（huà）的相關性提（tí）供可行性。

監測電池運（yùn）行期間關鍵參數的正（zhèng）常（cháng）或者異常行為，並定義從（cóng）傳（chuán）感器到BMS的（de）傳遞函數，通過運行實時傳感將溫度窗口（kǒu）提高>10％。

中期計劃：實現（電）化學穩定（dìng）傳感（gǎn）技術的微型化和集成，在電池層麵和實際電池模塊中均具有多功能，以經濟有效的方式與工業製造過程兼容；利用（yòng）傳感數據實（shí）現高級（jí）BMS，構建新的自適應和預測控製算法；BIG-MAP中集成感應（yīng）和自我愈合；多價電極係統的過電壓降低>20％；將鋰離子電池可利用（yòng）電（diàn）壓窗口增加>10％。

長（zhǎng）期計劃：依靠先進的BMS控製傳感器的（de）通信，新的AI協議通過無線方（fāng）式（shì）實現完全可操作的智能電池組（zǔ）。在未（wèi）來的電池設計中（zhōng），將感測/監視與刺激（jī）引起的局部自愈合（hé）機製結合，從而可以通過集成感測-BMS-自愈合係統得（dé）到（dào）智能（néng）電池。

3.4 自愈合理念（Integration of smartfunctionalities–self-healing）

電池技（jì）術的（de）可持續發展以及草莓视频污在线观看對電池普及應用的日益依賴，要求確保其具有（yǒu）很高的可靠性和安全性。其中探測或者傳感不可逆變化是（shì）獲得更好的（de）可靠性第一步。

但是，要真正確（què）保可靠性，電池應該能夠自動（dòng）感知（zhī）損壞，並恢複原（yuán）始配置及其整體功能。那草莓视频污在线观看可以（yǐ）嚐試模仿自然愈合機製（比如傷（shāng）口（kǒu）愈合）來製造智能長壽命電池（chí）嗎？

《電池2030+》中借鑒醫學領域中“再生（shēng）工程”的理念，提出可以開發在電池內注入相應自愈（yù）合功能的材（cái）料，以恢複電極內部的（de）缺陷。

另一方麵，提出將狀態傳感和自我愈合功能（néng）緊密相連（如（rú）圖6所示）。從傳感器檢測到的信號將被發送到電池管理係統（tǒng）並進行分析，如（rú）果出現問題，BMS將發出信號發送（sòng）給（gěi）執行器以觸發自我愈合（hé）過程的刺激。這種既自我感（gǎn）知又（yòu）觸發自修複的（de）結合過程將賦予（yǔ）電（diàn）池更高的安全性和消費者更高的使用可靠性。

 

圖6. 由BMS介導的電池工作-感應-自我修複協同耦合過程

（一）自愈合理念重點研發技術（shù）

a. 開發自愈合的電池材料以及（jí）電極界麵：包（bāo）裹CNT的自愈合微膠囊（náng），用於修複電極導電網絡。具（jù）有自愈合性的人工SEI結構活性材料，用於修複電極材料（liào）充放（fàng）電過程中界麵結構的破壞。

b. 開發適用於電池（chí）組件（jiàn）和界麵的自愈合（hé）聚合物（wù）策略：超分子聚合物在自愈合多（duō）相固體聚合物電解質中的應用。使用無毒（dú）的生物基材料（例如多糖類（lèi）材料，蛋白質材料）設計薄而多孔的可（kě）控隔膜，開發功能（néng）化生物基電解質隔（gé）離膜，專門設計使其具有（yǒu）自愈合特性，通過控製電解液的分解從而改善電池老化。

c. 構建複合電極：設計具有聚合（hé）物或礦物（wù）質外殼的微膠囊，使其包含能夠通過外界刺激響應來釋放愈合劑，或在受刺激破裂時將釋放鋰鹽、鈉鹽等。利用（yòng）特定高分（fèn）子結構的設計（比如PAA-聚輪烷（wán）滑輪型聚合物）控製電（diàn）極膨脹結構並優化（huà）電池循環（huán）的效率。

（二）自愈合理念研發計劃

短期計劃：在各種交叉領域發展具有自我愈合功能的電池。對隔膜進行功能化處理，並開發依靠氫鍵相同作用實現可逆交聯（lián）的超分子結（jié）構，以愈合電（diàn）極-隔離膜的膜破裂（liè），同時與電池的目標化學性（xìng）質兼容。

中期計劃：設計智能型隔離膜，具有可容納多種功能有機-無機愈合劑的（de）微膠囊，可通過磁性，熱或（huò）化學作用（yòng）觸發自（zì）動愈合，同時確定與刺激驅動的自愈合操作相關（guān）的響應時間，以愈合（hé）與電極斷（duàn）裂或SEI中（zhōng）間相老化有關的故障。

長期計劃：設計和製（zhì）造功能性和孔隙率可控的低成本生（shēng）物（wù）基電解（jiě）質（zhì）隔膜。在電池感測和BMS之間建（jiàn）立有效的（de）反饋回路，通過外部刺（cì）激適（shì）當觸發（fā）已經（jīng）植入電池的自我愈合功能。

3.5 未來電池規模化（huà）製造（zào）（Manufacturability of future batterytechnologies）

新一代突破性電池材料的麵世將開啟嶄新的電池技術機（jī）會。但（dàn）是，從廣義上講，這些新電池技術（shù）至少需要麵（miàn）對兩個主要的驗證階段。

首先，在原型級別上（shàng）證（zhèng）明其性能潛力，其次，擴大規模化生產的可行性和進入（rù）工業化過（guò）程的評估。

《電池2030+路線（xiàn）圖（tú）》提出未來電池製造的解決策略：工業4.0和數字化的前景。利用建模和人工智能實現製造過程動態軟件模擬（nǐ），突破製造單元的空間構（gòu）造，避免或基本減少經典的嚐試和錯誤方法。通過全數字（zì）化製造，理解和優化過程參數及其對最終產品的影響。

 

圖（tú）7. 電池製（zhì）造的數（shù）字化（huà）過程

（一（yī））未來電池規模化製造重點技術

a. 設計過程數字化：引（yǐn）入新功能，如自愈合（hé）材（cái）料（liào）/界麵、各類智（zhì）能（néng）傳感器或其他執行器、生態電池設計和替代電池設計，在電池製造過（guò）程中開發和驗證多重物理量和多（duō）尺度模型，以更準確了解（jiě）製造過程的每（měi）個步驟。

b. 製造過程數字化：開發靈活的製造流程和高精度建模工具，以優化工藝、條件和機器參數，開發用於（yú）處理電極（jí）漿料（liào），電極片生產，電池組裝，電（diàn）池包組裝和電池性能的實時模型（即用於電池製造的數（shù）字化模型）。

（二）未來電池規模化製造研發計劃

短期計（jì）劃（huá）：從最先進的信息開始，重點放在是電池設計方法。改進模擬工具（如多物理場模型），通過深度學習和機器學（xué）習方法減（jiǎn）輕計算負擔，應用AI技術用於電池設計。

中期計劃：不斷發展BIG平台，MAP平台，智能傳（chuán）感器技術，自愈合技術，回收策略和其（qí）他創新領域並將其整合到流程中；在（zài）電（diàn）池級設計取得進展之後，將（jiāng）啟動並實施基於（yú）AI製造方法，即（jí）建模（mó）> AI>製造（包（bāo）括新技術的製造以及製造過程（chéng）中的數字化模型）。

規模也可（kě）擴（kuò）大到電池製造過程中的技術，可擴展到電池化（huà）學成分開發，例如多價和有機的材料開發，或者其他（tā）電池體係，如液（yè）流電池。

長期計劃：將整個AI驅動的方（fāng）法集成並整合在電池單元設（shè）計中，實（shí）現基於BIG-MAP的完（wán）全自主係統。利用這種方法促進學術界創新和工業界開發可商業化的最（zuì）新電池技術。

3.6 回收策（cè）略（Recyclability）

《電池（chí）2030+》路線（xiàn）圖將促進建立循環經（jīng）濟社會，減少浪費，減少二（èr）氧化碳排放量並更明智地使用（yòng）戰略資（zī）源作為長期願景。

因此，發展高效（xiào）電（diàn）池拆解和回收技術是（shì）保證歐盟到2030年時，電池經濟長期且可持續性（xìng）發展至關重要的保證。這就需要有針對（duì）性的（de）開發新型，創新的（de），簡單（dān）的，低（dī）成本的和高效率的回收流程（chéng），以保證電池全（quán）生命周期的低（dī）碳足跡和（hé）經濟可行性。比如對活性材料采（cǎi）用（yòng）直接方法回收（shōu），而不（bú）是經過多（duō）步驟的途徑。采用直接修複或重新調（diào）節電極的方式即可使（shǐ）電池重新達到可工作的狀態。

基於此，《電池2030+》對材料層級，界麵層級和單體電池層級都提出一些新（xīn）的回收概念和整體流程：

（1）整個生命周期可持續設計（包括生態（tài）設（shè）計和經濟設計）；（2）電池及電池（chí）組（zǔ）拆解設計；（3）回（huí）收設計方法。這個過程需要研（yán）究者，電（diàn）池（chí）生產企業，材（cái）料供應商協同參與，並與回收商一（yī）起將回收策（cè）略及相關限製條件整合（hé）到新（xīn）的電池設計中。

 

圖8. 未來的（de）電（diàn）池回收過程：直接回收與再利用（yòng）過程有機（jī）的整合

（一（yī））回收策略（luè）重點計（jì）劃（huá）

a. 電池組件及單體的重複可利用性：通（tōng）過產（chǎn）品標簽、電（diàn）池管理係統、內置和外置傳感器等相關數據的收集和分析，集成傳（chuán）感器（qì）和電極自愈（yù）合功（gōng）能，用於識別損壞（huài）/老化的組件並為重複利用做準備（bèi）。同時在電池（chí）設計中盡可能延長壽命，並考慮重新校準、翻新以及二次（cì）使用和多次使用的可行（háng）性。

b. 引入（rù）現代低碳足跡物流概念：包括分散式處理，開發產品可追溯性，特別是（shì）整個電池生命周期中關（guān）鍵原材料的可追溯性。

以及開發（fā）對有價值關鍵（jiàn）材料的高效、低成本和可持續的一步回收處理策略，並將其“翻新”為電池可用活性材料，如果（guǒ）不能完全逆轉，則通過調整組成（chéng）來合成活性材料前驅體或相關原材料。

c. 自動化及選擇（zé）性回收：采用AI輔助技術及（jí）設備，實現電池自（zì）動分揀和評（píng）估，自動（dòng）將電池組拆解到單（dān）體（tǐ）電池級別，自動（dòng）拆解電池至最大的單（dān）個組件級別。

同時借助於大數據技術分析並尋求適用於所有電池及電（diàn）池組的通用拆解過程，確保即使是像鋰金屬固態電池，鋰金屬-空氣電池等新型（xíng）電池（chí），也能最大程度地回收（shōu）電池組件及其關（guān）鍵性組成材料。

（二）回（huí）收策略研（yán）發計劃

短期計劃：實現電池係（xì）統可（kě）持續的發展和拆解（jiě），開發數據收集和分析係統，用於（yú）電池組/模塊分揀和重複利用/再利用的技術（shù），並開（kāi）始開發自動化拆解（jiě）電池。並用於快速電池表征的新測試（shì）。

中（zhōng）期計劃：開發自動將電池分解成單個組件的（de）方法，以及粉末及其成分（fèn）的分類和回收，將其“翻新”為先進的新型（xíng）電池活性材料的技術。在電池中測試回收的材料（liào）。

將開發二（èr）次應用中材料再利用的預（yù）測和建模工具。顯著提高關鍵原材料的回收率（比如石墨，正極材料）並明顯改（gǎi）善對能源和資源的（de）消耗。

長期計劃：開發（fā）和驗證完整的直接回收係統；係統在經濟上可行，安全且對環境友好，並且比目前的流（liú）程更低的碳排放量足跡。

除了歐洲的SET-PLAN計劃外，目前隻有少數幾個國（guó）家有明確路線圖並為之長（zhǎng）期努力。在這裏，簡短介紹來自中國，印（yìn）度，日（rì）本和（hé）美國的電池路（lù）線圖，以更廣闊的視野（yě）來看待2030+電池的目標。

4.1 中國發展規劃（huá）：中國現在是全球發表電池研究論文最（zuì）多的國家。但同時在工業（yè）界也定義了兩個並行的研究和創（chuàng）新戰略：

進（jìn）化戰略和創新戰略。進化戰略專（zhuān）注於優化現有搭載新（xīn）能（néng）源電池（chí）的車（chē）輛和能源動力總成係統，包括電池性能的提升（高安（ān）全，快速充電，低耗電量等）。

而革命性戰（zhàn）略的目標是開發下（xià）一代電池化學體係用於車輛動力總成（chéng）係統。如圖9所示，可以比較（jiào）2015年至2035年中國的電池發展（zhǎn）目（mù）標與日本新能源產業（yè）的（de）技術綜合開發（fā）機構（NEDO）的RISING計劃目標，以及（jí）美國能源部（bù）（DOE）的Battery 500計劃。

 

圖9. 中國2013年至2030年的（de）國（guó）家新能源項目和戰略目標

4.2 印度發展規劃：印度最近也為（wéi）汽車（chē）製造行業發布了（le）路線（xiàn）圖，其中電池研發和製造被認為具有很高的（de）戰（zhàn）略意義。但路線（xiàn）圖中並未展示達到目標需要何種關鍵性技術，隻是明確表達了電池的重要（yào）性。

4.3 日本發展規劃：日本在某些關鍵領域一（yī）直有（yǒu）製定長期穩定研（yán）究計劃的傳統，電池就是其中之一。

日本新能源產業的技（jì）術綜（zōng）合開發機構（NEDO）的RISING-2項目就是一（yī）項長期的大規模（mó）計劃，始於2010年，計劃於2022年結束。它定義了兩個（gè）關鍵的電池（chí）性能目標（如圖10所示），其中對於純電動汽車（chē），在2020年動力電池係統能量密度需達到250Wh/kg，2030年達到500Wh/kg。

而對於插電混合動力汽車，在2020年動力電池係統能量密度需（xū）達到200Wh/kg。這是唯一可以嚐試與《電池2030+》提出目標相比較的（de）國際研發計劃。

 

圖10. 日（rì）本NEDO的2020年和2030年電池性能目標

4.4 美國發展（zhǎn）規劃：美國能源部（DOE）於2016年主導了Battery 500項目，其聯合了六所（suǒ）大學，四個（gè）國家實驗（yàn）室和IBM的科研實力。

德國壓力機廠（chǎng）家獲悉，其總（zǒng）體目標是開發鋰金屬電池，相比目前電動汽車用（yòng）電池組能量密度170-200Wh/Kg，使電池組能量密度達到500Wh/Kg。而且Battery 500將致（zhì）力於開發體積更小，重量更輕，更便宜的電動汽車（chē）電池。

來（lái）源（yuán）：高工鋰電網資訊

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