Litteraturöversikt batteriproduktion

Batteriproduktion är en nyckelkompetens.

I en ny vetenskaplig litteraturöversikt har kunskap om batteriproduktion från 291 artiklar sammanställts av en stor grupp forskare där bland annat nobelpristagare Stanley Whittingham medverkar i [1]. Artikeln går att läsa utan kostnad.

Litteraturöversikten analyserar de vetenskapliga utmaningarna och möjligheterna inom batteriproduktion. Artikeln utforskar framsteg som gjorts under det senaste decenniet inom områdena råmaterialutvinning, uppskalning, bearbetning och tillverkning av batterimaterial och -komponenter.

En slutsats är att betydande framsteg har gjorts i förståelsen av batterimaterial, men övergången till storskalig tillverkning medför vetenskapliga utmaningar som behöver hanteras ur flera perspektiv.

Artikeln tar upp de kritiska frågor som uppstår vid batteritillverkning och belyser vikten av kostnadsorienterad grundforskning för att överbrygga kunskapsklyftan mellan grundforskning och industriell produktion.

De anser också att processkostnaderna för nästa generations batterikemier behöver minska genom innovationer

De väljer att fokusera på hur maskininlärning (ML) och artificiell intelligens (AI) kan användas för att digitalisera tillverkningsprocessen och de diskuterar om helt autonom produktion kan implementeras.

En annan viktig del de beskriver och analyserar är behovet av kompetensutveckling för att säkerställa att arbetskraften är utrustad med de nödvändiga färdigheterna för att stödja forskning, utveckling och storskalig produktion. De ger exempel på bra utbildningsprogram i USA.

Material

Forskarna ger olika förslag på inriktningar framåt för forskning och utbildning inom batteriproduktion.

Inom området material har de ett antal förslag. En idé är att bättre förstå och utnyttja hur ”föroreningar” i råmaterial kan påverka batterier. Det skulle vara bra att kunna använda mindre rena material för att kunna diversifiera batterileveranskedjan. För att kunna göra det krävs effektiv analys och kontroll av föroreningar från råmaterial till produktion.

Det vore bra att innovationer kom fram som gör att materialen klarar breda temperaturintervall. Det kan spara energi och bidra till jämnare kvalitet.

Materialen i tidigare led (upstream) behöver också vetenskapliga och tekniska lösningar för att effektivt extrahera nyckelelement genom effektiv separation.

Nya idéer behövs också för att koncentrera nickel(II) för produktion av nickelsulfat för efterföljande tillverkning av katodmaterial.

Kostnaden för batteriåtervinningen behöver minska ytterligare. Det borde både vara möjligt med mer material- och processinnovationer.

Produktion

Inom området produktion vill de att mer fokus läggs på att förenkla produktionsprocessen. Det vore till exempel utmärkt om det gick att minska antalet steg i materialsyntesen. Det minskar osäkerheten om det finns färre steg.

Ett exempel de lyfter är att det går att ta bort tvättsteget då NMC:er ”tvättas” för att avlägsna kvarvarande litiumsalter efter kalcinering. De lyfter också andra produktionssteg som kanske går att ta bort.

Digitalisering

Det tredje delområdet är att digitalisera tillverkningsprocessen och genom det öka produktionseffektiviteten. Det sker en snabb utveckling av sensorer och mätsystem och genom dessa skapas mycket data i tillverkningsprocessen. För att kunna analysera och förstå nyckelinformation från all denna data behöver maskininlärning (ML) och artificiell intelligens (AI) användas. Om maskininlärning implementeras effektivt kan det vara möjligt att förutsäga och automatiskt justera nyckelparametrar baserat på små egenskapsförändringar så att jämn beläggning uppnås och skapa många andra egenskaper som tillverkaren vill ha. Författare lyfter också att det bör kombineras med experimentellt arbete och avancerade teoretiska och beräkningsmässiga metoder.

Alla digitala verktyg kan tillsammans användas för processoptimering, prestandaförutsägelse och nedbrytningsanalys till visuell simulering av materialflöden och schemalagt underhåll.

De lyfter också behovet av digitala tvillingar för utbildningsändamål och för att underlätta beslutsfattande i batteritillverkningsprocessen.

Utbildning

Slutligen lyfter de behovet av utbildning för att hjälpa arbetskraften att möta industrins behov. De argumenterar för att den mest effektiva metoden är offentlig-privat samverkan, vilket möjliggör en verklig förståelse för de utmaningar industrin står inför när det gäller att anställa och utveckla arbetskraft samt att få tillgång till utbildningsprogram som möjliggör skapandet av en stark, effektiv och varaktig arbetskraft inom batteriindustrin.

Egna kommentarer

Artikeln innehåller mycket om materialegenskaper och produktionsprocesser som förklarar vad som driver kostnad och förklarar vad som är svårt längs värdekedjan.  Det är svårt att göra den rättvisa i en kort sammanfattning.

Jag är inte en tillräckligt bra kemist för att förstå alla sambanden och vad de betyder, men artikeln ökade min kunskap.

Artikeln har ett fokus på USA. Ett exempel är att deras förslag på bra utbildningsprogram endast finns i USA.

Hade CATL:s forskare fokuserat på samma saker om de skrivit en liknande översikt?

[1] Xiao, Jie, et al. ”From Mining to Manufacturing: Scientific Challenges and Opportunities behind Battery Production.” Chemical Reviews (2025). Länk