消费者兴趣和可持续性发展目标导致对电动汽车的需求飙升。美国的目标是，到 2030 年时电动汽车销量占总市场的 50%，但 99% 的电动汽车电池的原材料和零部件材料均在国外生产。^{1, 2} 采购外国制造的材料和电池已经给该行业带来了挑战。2022 年 3 月，由于俄罗斯入侵乌克兰，电池的主要原料镍的价格暴涨。³

电动汽车制造商对短期内实现全球贸易稳定并不乐观。大众汽车奥迪部门首席执行官 Markus Duesmann 在接受《纽约时报》采访时表示，“在未来几年内，原材料都将是一个问题。” ⁴

美国政府已为支持新型方法做好准备，以实现可持续性国内电池供应。一项 2022 年两党基础设施法案拨款超过 70 亿美元，以帮助创建成本更低、中断更少、产速更快的美国电池供应链。⁵

现在，国内电池生产的未来掌握在电池研究人员和制造商的手中。电动汽车电池行业正采用新技术和新工艺来完成看似不可能完成的任务：在不依赖外国贸易的情况下制造可靠的电池。以下是领先的电动汽车电池制造商已推行的可持续性国内电池生产的方式，以及分析技术在这一进程中发挥的关键作用。

为规避供应链问题以及降低成本，顶级电动汽车原始设备制造商（OEM）正在转向生产自己的电池。通用汽车研发部电池系统研究总监 Mei Cai 博士在佛罗里达州奥兰多举行的 “2022 年国际电池研讨会和展览会 (the International Battery Seminar and Exhibit 2022)”上介绍了通用汽车 (GM) 在电池制造方面的工作。

Cai 博士解释说：“通用汽车内部电池研发的重中之重是能量密度，即电池可以以轻便的形式储存多少能量。” 提高能量密度会降低成本。该团队正在探索固体锂阳极和固体电解质界面膜，以实现最高的能量密度和最低的成本。一旦通用汽车在电池研发方面取得成功，他们计划将电池设计应用于在电动汽车之外的领域并实现盈利。

电池制造商如何在国内生产高性价比、高能量密度电池的竞争中获胜？热分析为有效的材料选择和电池设计提供了重要的数据。通过热分析确保电池在各种条件下的安全性和性能，是创建功能性、革命性电池设计的第一步。流变学可用于优化电池浆料配方，是确保电极制造稳定性和可加工性的关键步骤。

由于对传统锂离子电池材料（锂、钴、镍和石墨）的需求量巨大，电池研究人员正在探索可持续性替代品。Group14 Technologies 和 Sila Nanotechnologies 正在拓展他们在硅基阳极材料方面的工作，该材料具有可超越当前石墨材料的应用潜力。⁶

使用新型电池材料可释放出更为顺畅的国内生产的潜能，同时可提高安全性和性能。研究人员在实际操作条件下使用热分析技术来研究应用创新材料的电池设计。例如，国家可再生能源实验室 (the National Renewable Energy Laboratory) 的 M. C. Schultz 等人使用他们的 TA Instruments DSC 和 TGA 来研究涂层对硅阳极材料的影响。⁷ DSC 和 TGA 常用于电池研究，以验证新材料是否可增强电池的运行和安全性。

当锂离子电池达到使用寿命时，如何避免浪费其宝贵的材料？电池材料短缺可通过重复使用旧电池中的原材料来解决。在国内回收电池是最有效的方法，因为这样做既可以降低排放和运输成本，同时也可以加强国内电池材料供应链。⁸

与任何回收系统一样，将回收材料纳入新产品需要对材料进行彻底的表征。电池内的电化学过程会如何改变材料？它们是否因电池误用或损坏而变形？材料分析技术可帮助电池开发人员确保回收材料可提供必要的热学和物理学特性，以支持新的功能性电池。

尽管需要克服挑战，但也存在巨大的机遇。电动汽车制造商有机会将电池生产掌控在自己手中，因此他们可以克服供应链的不稳定性问题并监督电池生产的方方面面。目前采用新型材料和可回收材料的电池制造商将为未来几十年的生产融入可持续性和可靠性。

任何主要的供应链转变都需要严格的质量控制和测试。正如上面提到的例子，电池材料测试是发展可持续性国内电池生产的关键步骤。从材料选择到电池安全测试，这些技术将成为国内电池设计和制造的支柱。点击此处以了解有关电池材料测试的更多信息，并了解这些技术将如何支持可持续性国内电池生产的未来。