引言：制造科学与计量学的发展

电池制造中的计量学研究及先进表征技术应用进展，优化传统十步生产工艺，提升高精度电池组件可靠性。

　　

特刊

作为《化学评论》（Chemical Reviews）“制造科学与计量发展”特刊的一部分而出版。

制造科学与计量发展对于生产现代技术所需的复杂、高精度组件至关重要。基于锂化学的 rechargeable （可充电）电池正是这样的组件之一。随着制造技术的创新，锂离子电池生产的典型十步流程——1. 混合浆料；2. 涂层、干燥和压延；3. 切割电极片；4. 为追溯性进行标识；5. 堆叠；6. 将箔材与极耳焊接在一起；7. 注入电解液、脱气和密封；8. 形成和老化；9. 粘合模块和包装部件；10. 用激光将极耳与汇流条焊接——可以更加高效和可靠地完成。甚至在制造步骤之前，对材料供应商提供的材料进行测量和评估，就需要对活性材料、电解液、集流体以及电池的其他部件进行深入的计量研究，以确保电池产品的最终质量。

从本质上讲，计量学是对测量的科学研究。计量专家（通常是材料科学家或化学家）应用各种表征方法来确认制造领域的测量标准。在整个制造过程中，供应商可能会发生变化，工具也会持续磨损，这可能导致部件出现差异并在最终产品中产生缺陷。计量学的应用可以降低这些风险，并提高制造产量。对于那些依赖高精度的行业（如航空航天、电池和半导体制造领域）来说，计量学尤为重要。

在这本特刊中，我们收到了七篇来自电池各领域测量科学领军人物的文章。从原子层面的理解到材料级别的表征，再到对电池运行过程的实时监测，科学家们展示了近年来的重要进展：赵刘（Zhao Liu）等人的文章《用于先进电池开发的新兴多模态/多尺度表征技术》展示了工业界与学术机构之间的合作，推动了基础科学与应用研究之间的界限。马歇尔（Marshall）、施罗德（Schroeder）等人的文章《从第一性原理到仪器技术：多价液态电解质的表征指南》提供了一个全面的框架，用于解析、理解和定量测量电池的“关键组成部分”——电解液。米芳（Miaofang Chi）等人和郑海梅（Haimei Zheng）等人的两篇论文分别介绍了原位透射电子显微镜等先进表征工具在化学环境中的材料合成以及电化学电池中材料的行为，揭示了以往难以观察和分析的信息。马修·T·麦克道威尔（Matthew T. McDowell）等人的文章《固态电池中电极材料与界面的表征》揭示了关于固态电池的新见解及其带来的挑战。另一篇关于下一代电池类型“锂氧电池”的文章由杨绍-霍恩（Shao-Horn Yang）等人撰写，探讨了利用新理论和科学工具解决氧还原反应（ORR）这一难题的可能性。最后，凯尔西·哈泽尔（Kelsey Hatzell）等人的文章《推进电池制造：同步辐射技术在工业中的应用》展示了基于同步辐射的工具（如计算机断层扫描（CT）结合机器学习（ML）在数据处理方面的强大能力；这样的工具组合无疑将在未来几年加速国内先进电池制造业的发展。

通过大学、私营企业和国家实验室之间的合作，我们作为一个团队共同努力，丰富测量科学的研究，无论是利用光子、电子还是中子，都为制造科学在学术界中的地位奠定了新的基础。