（二）智能傳感器研發(fā)計劃

短期計劃：在電池單元級別上，依靠各種傳感技術(shù)和簡單的集成開發(fā)非侵入式多傳感方法，為評估電池內(nèi)界面動力學，電解質(zhì)降解，樹枝狀生長，金屬溶解，材料結(jié)構(gòu)變化的相關(guān)性提供可行性。監(jiān)測電池運行期間關(guān)鍵參數(shù)的正�；蛘弋惓Ｐ袨�，并定義從傳感器到BMS的傳遞函數(shù)，通過運行實時傳感將溫度窗口提高>10％。

中期計劃：實現(xiàn)（電）化學穩(wěn)定傳感技術(shù)的微型化和集成，在電池層面和實際電池模塊中均具有多功能，以經(jīng)濟有效的方式與工業(yè)制造過程兼容；利用傳感數(shù)據(jù)實現(xiàn)高級BMS，構(gòu)建新的自適應和預測控制算法；BIG-MAP中集成感應和自我愈合；多價電極系統(tǒng)的過電壓降低>20％；將鋰離子電池可利用電壓窗口增加>10％。

長期計劃：依靠先進的BMS控制傳感器的通信，新的AI協(xié)議通過無線方式實現(xiàn)完全可操作的智能電池組。在未來的電池設計中，將感測/監(jiān)視與刺激引起的局部自愈合機制結(jié)合，從而可以通過集成感測-BMS-自愈合系統(tǒng)得到智能電池。

電池技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展以及我們對電池普及應用的日益依賴，要求確保其具有很高的可靠性和安全性。其中探測或者傳感不可逆變化是獲得更好的可靠性第一步。但是，要真正確�？煽啃裕�電池應該能夠自動感知損壞，并恢復原始配置及其整體功能。那我們可以嘗試模仿自然愈合機制（比如傷口愈合）來制造智能長壽命電池嗎？《電池2030+》中借鑒醫(yī)學領域中“再生工程”的理念，提出可以開發(fā)在電池內(nèi)注入相應自愈合功能的材料，以恢復電極內(nèi)部的缺陷。另一方面，提出將狀態(tài)傳感和自我愈合功能緊密相連（如圖6所示）。從傳感器檢測到的信號將被發(fā)送到電池管理系統(tǒng)并進行分析，如果出現(xiàn)問題，BMS將發(fā)出信號發(fā)送給執(zhí)行器以觸發(fā)自我愈合過程的刺激。這種既自我感知又觸發(fā)自修復的結(jié)合過程將賦予電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-自我修復協(xié)同耦合過程

（一）自愈合理念重點研發(fā)技術(shù)

a. 開發(fā)自愈合的電池材料以及電極界面：包裹CNT的自愈合微膠囊，用于修復電極導電網(wǎng)絡。具有自愈合性的人工SEI結(jié)構(gòu)活性材料，用于修復電極材料充放電過程中界面結(jié)構(gòu)的破壞。

b. 開發(fā)適用于電池組件和界面的自愈合聚合物策略：超分子聚合物在自愈合多相固體聚合物電解質(zhì)中的應用。使用無毒的生物基材料（例如多糖類材料，蛋白質(zhì)材料）設計薄而多孔的可控隔膜，開發(fā)功能化生物基電解質(zhì)隔離膜，專門設計使其具有自愈合特性，通過控制電解液的分解從而改善電池老化。

c. 構(gòu)建復合電極：設計具有聚合物或礦物質(zhì)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。利用特定高分子結(jié)構(gòu)的設計（比如PAA-聚輪烷滑輪型聚合物）控制電極膨脹結(jié)構(gòu)并優(yōu)化電池循環(huán)的效率。

（二）自愈合理念研發(fā)計劃

短期計劃：在各種交叉領域發(fā)展具有自我愈合功能的電池。對隔膜進行功能化處理，并開發(fā)依靠氫鍵相同作用實現(xiàn)可逆交聯(lián)的超分子結(jié)構(gòu)，以愈合電極-隔離膜的膜破裂，同時與電池的目標化學性質(zhì)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-無機愈合劑的微膠囊，可通過磁性，熱或化學作用觸發(fā)自動愈合，同時確定與刺激驅(qū)動的自愈合操作相關(guān)的響應時間，以愈合與電極斷裂或SEI中間相老化有關(guān)的故障。

長期計劃：設計和制造功能性和孔隙率可控的低成本生物基電解質(zhì)隔膜。在電池感測和BMS之間建立有效的反饋回路，通過外部刺激適當觸發(fā)已經(jīng)植入電池的自我愈合功能。

新一代突破性電池材料的面世將開啟嶄新的電池技術(shù)機會。但是，從廣義上講，這些新電池技術(shù)至少需要面對兩個主要的驗證階段。首先，在原型級別上證明其性能潛力，其次，擴大規(guī)�；�生產(chǎn)的可行性和進入工業(yè)化過程的評估�！峨姵�2030+路線圖》提出未來電池制造的解決策略：工業(yè)4.0和數(shù)字化的前景。利用建模和人工智能實現(xiàn)制造過程動態(tài)軟件模擬，突破制造單元的空間構(gòu)造，避免或基本減少經(jīng)典的嘗試和錯誤方法。通過全數(shù)字化制造，理解和優(yōu)化過程參數(shù)及其對最終產(chǎn)品的影響。

圖7. 電池制造的數(shù)字化過程

（一）未來電池規(guī)�；�制造重點技術(shù)

a. 設計過程數(shù)字化：引入新功能，如自愈合材料/界面、各類智能傳感器或其他執(zhí)行器、生態(tài)電池設計和替代電池設計，在電池制造過程中開發(fā)和驗證多重物理量和多尺度模型，以更準確了解制造過程的每個步驟。

b. 制造過程數(shù)字化：開發(fā)靈活的制造流程和高精度建模工具，以優(yōu)化工藝、條件和機器參數(shù)，開發(fā)用于處理電極漿料，電極片生產(chǎn)，電池組裝，電池包組裝和電池性能的實時模型（即用于電池制造的數(shù)字化模型）。

（二）未來電池規(guī)�；�制造研發(fā)計劃

短期計劃：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習方法減輕計算負擔，應用AI技術(shù)用于電池設計。

中期計劃：不斷發(fā)展BIG平臺，MAP平臺，智能傳感器技術(shù)，自愈合技術(shù)，回收策略和其他創(chuàng)新領域并將其整合到流程中；在電池級設計取得進展之后，將啟動并實施基于AI制造方法，即建模> AI>制造（包括新技術(shù)的制造以及制造過程中的數(shù)字化模型）。規(guī)模也可擴大到電池制造過程中的技術(shù)，可擴展到電池化學成分開發(fā)，例如多價和有機的材料開發(fā)，或者其他電池體系，如液流電池。

長期計劃：將整個AI驅(qū)動的方法集成并整合在電池單元設計中，實現(xiàn)基于BIG-MAP的完全自主系統(tǒng)。利用這種方法促進學術(shù)界創(chuàng)新和工業(yè)界開發(fā)可商業(yè)化的最新電池技術(shù)。

《電池2030+》路線圖將促進建立循環(huán)經(jīng)濟社會，減少浪費，減少二氧化碳排放量并更明智地使用戰(zhàn)略資源作為長期愿景。因此，發(fā)展高效電池拆解和回收技術(shù)是保證歐盟到2030年時，電池經(jīng)濟長期且可持續(xù)性發(fā)展至關(guān)重要的保證。這就需要有針對性的開發(fā)新型，創(chuàng)新的，簡單的，低成本的和高效率的回收流程，以保證電池全生命周期的低碳足跡和經(jīng)濟可行性。比如對活性材料采用直接方法回收，而不是經(jīng)過多步驟的途徑。采用直接修復或重新調(diào)節(jié)電極的方式即可使電池重新達到可工作的狀態(tài)�；�于此，《電池2030+》對材料層級，界面層級和單體電池層級都提出一些新的回收概念和整體流程：（1）整個生命周期可持續(xù)設計（包括生態(tài)設計和經(jīng)濟設計）；（2）電池及電池組拆解設計；（3）回收設計方法。這個過程需要研究者，電池生產(chǎn)企業(yè)，材料供應商協(xié)同參與，并與回收商一起將回收策略及相關(guān)限制條件整合到新的電池設計中。

圖8. 未來的電池回收過程：直接回收與再利用過程有機的整合

（一）回收策略重點計劃

a. 電池組件及單體的重復可利用性：通過產(chǎn)品標簽、電池管理系統(tǒng)、內(nèi)置和外置傳感器等相關(guān)數(shù)據(jù)的收集和分析，集成傳感器和電極自愈合功能，用于識別損壞/老化的組件并為重復利用做準備。同時在電池設計中盡可能延長壽命，并考慮重新校準、翻新以及二次使用和多次使用的可行性。

b. 引入現(xiàn)代低碳足跡物流概念：包括分散式處理，開發(fā)產(chǎn)品可追溯性，特別是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(guān)鍵材料的高效、低成本和可持續(xù)的一步回收處理策略，并將其“翻新”為電池可用活性材料，如果不能完全逆轉(zhuǎn)，則通過調(diào)整組成來合成活性材料前驅(qū)體或相關(guān)原材料。

c. 自動化及選擇性回收：采用AI輔助技術(shù)及設備，實現(xiàn)電池自動分揀和評估，自動將電池組拆解到單體電池級別，自動拆解電池至最大的單個組件級別。同時借助于大數(shù)據(jù)技術(shù)分析并尋求適用于所有電池及電池組的通用拆解過程，確保即使是像鋰金屬固態(tài)電池，鋰金屬-空氣電池等新型電池，也能最大程度地回收電池組件及其關(guān)鍵性組成材料。

（二）回收策略研發(fā)計劃

短期計劃：實現(xiàn)電池系統(tǒng)可持續(xù)的發(fā)展和拆解，開發(fā)數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)，用于電池組/模塊分揀和重復利用/再利用的技術(shù)，并開始開發(fā)自動化拆解電池。并用于快速電池表征的新測試。

中期計劃：開發(fā)自動將電池分解成單個組件的方法，以及粉末及其成分的分類和回收，將其“翻新”為先進的新型電池活性材料的技術(shù)。在電池中測試回收的材料。將開發(fā)二次應用中材料再利用的預測和建模工具。顯著提高關(guān)鍵原材料的回收率（比如石墨，正極材料）并明顯改善對能源和資源的消耗。

長期計劃：開發(fā)和驗證完整的直接回收系統(tǒng)；系統(tǒng)在經(jīng)濟上可行，安全且對環(huán)境友好，并且比目前的流程更低的碳排放量足跡。

Part IV:其他各國家路線圖發(fā)展規(guī)劃

除了歐洲的SET-PLAN計劃外，目前只有少數(shù)幾個國家有明確路線圖并為之長期努力。在這里，簡短介紹來自中國，印度，日本和美國的電池路線圖，以更廣闊的視野來看待2030+電池的目標。

4.1 中國發(fā)展規(guī)劃：中國現(xiàn)在是全球發(fā)表電池研究論文最多的國家。但同時在工業(yè)界也定義了兩個并行的研究和創(chuàng)新戰(zhàn)略：進化戰(zhàn)略和創(chuàng)新戰(zhàn)略。進化戰(zhàn)略專注于優(yōu)化現(xiàn)有搭載新能源電池的車輛和能源動力總成系統(tǒng)，包括電池性能的提升（高安全，快速充電，低耗電量等）。而革命性戰(zhàn)略的目標是開發(fā)下一代電池化學體系用于車輛動力總成系統(tǒng)。如圖9所示，可以比較2015年至2035年中國的電池發(fā)展目標與日本新能源產(chǎn)業(yè)的技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）的RISING計劃目標，以及美國能源部（DOE）的Battery 500計劃。

圖9. 中國2013年至2030年的國家新能源項目和戰(zhàn)略目標

4.2 印度發(fā)展規(guī)劃：印度最近也為汽車制造行業(yè)發(fā)布了路線圖，其中電池研發(fā)和制造被認為具有很高的戰(zhàn)略意義。但路線圖中并未展示達到目標需要何種關(guān)鍵性技術(shù)，只是明確表達了電池的重要性。

4.3 日本發(fā)展規(guī)劃：日本在某些關(guān)鍵領域一直有制定長期穩(wěn)定研究計劃的傳統(tǒng)，電池就是其中之一。日本新能源產(chǎn)業(yè)的技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）的RISING-2項目就是一項長期的大規(guī)模計劃，始于2010年，計劃于2022年結(jié)束。它定義了兩個關(guān)鍵的電池性能目標（如圖10所示），其中對于純電動汽車，在2020年動力電池系統(tǒng)能量密度需達到250Wh/kg，2030年達到500Wh/kg。而對于插電混合動力汽車，在2020年動力電池系統(tǒng)能量密度需達到200Wh/kg。這是唯一可以嘗試與《電池2030+》提出目標相比較的國際研發(fā)計劃。

圖10. 日本NEDO的2020年和2030年電池性能目標

4.4 美國發(fā)展規(guī)劃：美國能源部（DOE）于2016年主導了Battery 500項目，其聯(lián)合了六所大學，四個國家實驗室和IBM的科研實力。其總體目標是開發(fā)鋰金屬電池，相比目前電動汽車用電池組能量密度170-200Wh/Kg，使電池組能量密度達到500Wh/Kg。而且Battery 500將致力于開發(fā)體積更小，重量更輕，更便宜的電動汽車電池。

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