文献分享：机器学习助力电池安全诊断（下篇）

（更多新能源行业干货，尽在知乎“小明来电”，欢迎交流讨论~）文末附原文下载链接背景国内外锂电池格局锂离子电池在电动汽车、消费电子产品、国防应用和电网存储等领域的需求不断增长。随着美国交通运输行业电气化程度的提高，与电动汽车相关的就业也在增加。电池的开发和生产对美国具有重要的战略意义，既是向清洁能源经济过渡的一部分，也是提高汽车工业竞争力的关键因素。通过电气化使交通运输部门脱碳将有助于应对气候变化，并建立一个以公平和公正的方式惠及所有社区的清洁能源经济。美国需迅速行动，建立有竞争力、可持续发展的电池制造业。中国和其他国家已制定战略支持垂直电池制造供应链。随着产能提高，他们将获得先发定价优势，影响美国工业竞争力。锂离子电池成本近90%下降，颠覆全球运输市场，预计2025年中国锂电池产能将达1811 GWh，支持四分之一全球电动汽车生产。商业市场对于锂离子电池，美国的商用市场包括商用和客运电动汽车、固定存储和航空。如图2所示，预计未来几年锂离子电动汽车电池需求将大幅增长。电动汽车市场对于电动汽车来说，领先的电池技术预计将是基于锂电池的，与其他现有的电池系统相比，它提供了高能量、高功率和长寿命。电动汽车是锂离子电池需求的关键驱动因素，也是概述国内锂离子电池制造需求时的主要市场焦点。虽然美国的锂离子电池制造业需要大幅扩张，以满足不断增长的国内市场的需求，但美国拥有强大的基础，可以在此基础上建立额外的制造能力。在2020年全球电动汽车锂离子电池制造747吉瓦时(图3)中，美国的产能约占8%(约59吉瓦时)到2025年，全球电动汽车电池制造预计将增长到2492吉瓦时，美国的产能预计将增长到224吉瓦时。然而，预计到2025年，仅美国乘用车年销量的需求就将超过预计的224千兆瓦时的锂离子电池制造能力。美国电池制造业评估与外国同行相比，美国通常鼓励私营部门以市场为导向的方式发展工业。有各种各样的联邦和州政策会影响电池存储系统的发展，但这些政策通常不会在各级政府之间进行协调。长期的优势，如体现在美国公司、大学和国家实验室的研发能力，可能会被薄弱的知识产权保护和技术转让政策削弱。美国政府对美国经济深度脱碳的支持和美国-墨西哥-加拿大协议(USMCA)更新的贸易结构为提高美国的竞争地位提供了机会，但美国必须在继续迅速扩大产能的中国方面取得优势。美国在全球电池制造业中的地位评估如下图(图4)所示。美国锂电池蓝图FCAB蓝图是一个全面的方法，涵盖了整个锂离子电池生态系统，重点是发展可持续的国内供应链。图5概述了当前锂电池供应链，从原材料生产到报废回收。对于供应链的每一个阶段，FCAB提出了可以采取的关键行动，以加强和促进国内绩效，同时提供公平的清洁能源制造业就业机会。目标1：确保获得原材料和精炼材料，并为商业和国防应用发现关键矿物的替代品一个强大、安全的国内锂电池工业基础，需要获得锂电池原料、精炼和加工材料的可靠供应。其目标是减少美国电池制造业对稀缺材料或不可靠合作伙伴控制的材料的依赖，以建立一个更强大、更安全的供应链。近期目标(2025年)与合作伙伴和盟友合作，在国内和国际上建立可靠的电池关键原材料来源和供应，包括关键矿物通过支持研发和采矿工作，提高美国关键电池矿物(锂、镍和钴)的安全和可持续生产能力制定联邦政策，支持建立具有弹性的国内和全球关键原材料来源和供应长期目标(2030年)通过支持加工研发工作，消除锂离子电池中的钴和镍按照目标5的承诺，将回收材料作为循环电池经济的关键组成部分目标2：支持美国材料加工基地的发展，以满足国内电池制造需求如今，美国大部分锂电池原材料的加工都依赖于国际市场。美国可以从具有成本竞争力的国内锂电池材料加工的发展和增长中受益匪浅。近期目标(2025年)为国内电池材料加工的增长创造激励措施支持材料加工创新的发展，以生产低钴/无钴活性材料并扩大规模开发改进现有材料的工艺，以降低成本和提高性能，使电池成本达到60美元/千瓦时与合作伙伴和盟友合作，支持加工材料的供应链多样化。长期目标(2030年)1. 支持材料加工创新的发展，以生产无钴和无镍活性材料，并实现规模化目标3：刺 激美国电极、电池和电池组制造业在过去的10年里，电池储能技术取得了重大进展，导致能量密度增加，电池组成本降低了约85%，到2020年将达到143美元/千瓦时。尽管取得了这些进展，但目前的电极、电池和电池组制造方法可以并且将始终受益于进一步的研发进展，从而降低成本、提高性能并支持需求增长。国内增长和电池组制造的外包将需要持续的联邦激励措施，以及对电动汽车采用的支持。需要特别注意的是确保清洁能源领域的就业机会，以及为所有美国人提供更加公平和持久的供应链。近期目标(2025年)促进新型电池设计的发展，减少处理时间，使电池组装更快，并降低化成成本投入资源，加快新技术和制造工艺的规模扩大和商业化为国防、电动汽车和电网应用开发适合功能的电池标准制定联邦政策框架，支持美国企业在国内生产电极、电池和电池组，鼓励对锂离子电池的需求增长长期目标(2030年)满足国内多源供应商的关键国防电池需求通过开发和验证下一代电池组材料、组件和设计创新，以及先进的制造和组装技术，将电动汽车电池组的制造成本降低50%目标4：在美国实现报废再利用和关键材料的大规模回收，并形成完整的竞争价值链锂离子电池的回收利用不仅减少了材料稀缺的限制，提高了环境的可持续性，而且还支持了一个更安全、更有弹性的国内供应链，这是一个循环的本质(图7)。近期目标(2025年)促进电池组的设计，便于二次使用和回收建立收集、分类、运输和处理回收锂离子电池材料的成功方法，重点是降低成本提高钴、锂、镍、石墨等关键材料的回收率开发加工技术，将这些材料重新引入供应链为二次使用的应用程序开发合适的分类、测试和平衡方法制定联邦回收政策，促进锂离子电池的收集、再利用和再循环长期目标(2030年)为实现90%的消费电子产品、电动汽车和电网储能电池的回收制定激励措施制定联邦政策，要求在电池制造材料流中使用回收材料目标5：通过大力支持科学研发、STEM教育和劳动力发展，保持和推进美国电池技术的领先地位在加速发展的电动汽车和电网储能市场中，建立一个具有竞争力和公平的国内锂电池供应链，只是全球提高性能、降低成本、减少气候影响的初始阶段。从下一代锂离子电池的新电极和电解质材料，到固态电池的进步，以及新材料、电极和电池制造方法，研发仍然是保持美国领导地位不可或缺的一部分。研发将得到强有力的知识产权保护和通过公私研发合作伙伴关系(如半导体行业建立的合作伙伴关系)将创新从实验室快速推向市场的支持。近期目标(2025年)支持研究开发无钴阴极材料和电极成分，重点关注能量密度、电化学稳定性、安全性和成本等重要指标，以优于目前的商业、进口同类产品为技术转让和应用前测试协议的标准化发展伙伴关系，以确保在美国发明的电池技术留在美国启动政府范围内的锂基电池技术和配置标准化，提高国防等利基政府市场的能力，使其能够迅速将锂基电池技术过渡到其项目中，并从一个强大、公平、可持续的国内供应链中受益制定一项计划，加强知识产权保护战略、研究安全、国内制造业出口控制政策以及国际盟友的参与与行业合作伙伴一起确定劳动力需求并支持教育项目长期目标(2030年)开发不含钴和镍的阴极材料和电极成分，提高能量密度、电化学稳定性、安全性和成本等重要指标，并优于目前的商业进口产品加速研发，实现包括固态和锂金属电池在内的革命性电池技术的示范和规模化生产，实现生产成本低于60美元/千瓦时，比能量为500 Wh/kg，并且不含钴和镍。小明来电⚡为你充电，我们下期再见，拜拜~来源：小明来电