簡(jiǎn)介：在新能源汽車滲透率逐步提升、環(huán)保要求愈發(fā)提高及動(dòng)力電池退役量不斷增加等因素綜合作用下，動(dòng)力電池回收產(chǎn)業(yè)駛?cè)氚l(fā)展快車道。動(dòng)力電池回收具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、環(huán)保價(jià)值，有利于促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。?廢舊鋰電池回收確實(shí)是門好生意。不過(guò)，目前主流的電池回收企業(yè)都不得不面對(duì)一個(gè)大麻煩，即電池回收的過(guò)程能耗大，經(jīng)濟(jì)成本高，并會(huì)產(chǎn)生大量有毒副產(chǎn)品。
在新能源汽車滲透率逐步提升、環(huán)保要求愈發(fā)提高及動(dòng)力電池退役量不斷增加等因素綜合作用下，動(dòng)力電池回收產(chǎn)業(yè)駛?cè)氚l(fā)展快車道。動(dòng)力電池回收具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、環(huán)保價(jià)值，有利于促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。廢舊鋰電池回收確實(shí)是門好生意。
不過(guò)，目前主流的電池回收企業(yè)都不得不面對(duì)一個(gè)大麻煩，即電池回收的過(guò)程能耗大，經(jīng)濟(jì)成本高，并會(huì)產(chǎn)生大量有毒副產(chǎn)品。
2月初，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Berkeley National Laboratory，LBL)在其官方網(wǎng)站宣布，實(shí)驗(yàn)室相關(guān)團(tuán)隊(duì)已開發(fā)出一種快速釋放黏結(jié)劑(Quick-Release Binder)，使用這種快速釋放黏結(jié)劑的鋰離子電池在回收時(shí)，只需要拆開后放入常溫堿性水，輕輕搖動(dòng)就能將電極成分分離，之后將所需要的成分從水中濾出并風(fēng)干即可。
目前，相關(guān)團(tuán)隊(duì)正在和美國(guó)電池回收企業(yè)onto technologies合作，進(jìn)行測(cè)試，很快將推向市場(chǎng)。
據(jù)了解，黏結(jié)劑是大多數(shù)類型電池(包括鋰離子電池和常用的堿性電池)中使用的膠狀物質(zhì)。電池都有兩個(gè)電極——帶正電的正極和帶負(fù)電的負(fù)極。電極由產(chǎn)生電流的導(dǎo)電化學(xué)物質(zhì)制成，黏結(jié)劑將這些活性化學(xué)成分結(jié)合在一起，固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，以?shí)現(xiàn)一致和持久的性能。
而勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室工作人員發(fā)明的快速釋放黏結(jié)劑由兩種市售聚合物材料聚丙烯酸 (PAA) 和聚乙烯亞胺 (PEI) 制成，它們通過(guò)PEI中帶正電的氮原子和PAA中帶負(fù)電的氧原子之間的化學(xué)鍵連接在一起。
當(dāng)將固體黏結(jié)材料被置于含有氫氧化鈉 (Na + OH – ) 的堿性水中時(shí)，鈉離子會(huì)進(jìn)入連接位點(diǎn)，從而將兩種聚合物材料分開。分離的聚合物溶解到液體中，釋放出嵌入其中的任何電極成分。
左邊小瓶裝著一個(gè)電池集流體銅箔，在快速釋放黏結(jié)劑溶解后，電池中有價(jià)值的電極組件已經(jīng)完全釋放出來(lái)。右邊小瓶中，黏結(jié)劑正在堿性水中快速溶解。相比之下，傳統(tǒng)的黏結(jié)劑像膠水一樣將電極材料強(qiáng)烈地黏合在集流體上，這使得分離和回收電池電極材料變得困難。
這就跟目前的廢舊鋰離子電池回收形成了鮮明的對(duì)比。據(jù)了解，以目前鋰離子電池回收技術(shù)的火法為例，需要將電池切碎和研磨，燃燒后進(jìn)行金屬及元素分離?；厥者^(guò)程不僅能耗高，成本高昂，而且會(huì)釋放出必須謹(jǐn)慎處理的有毒化學(xué)物質(zhì)。
勞倫斯實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)的快速釋放黏結(jié)劑可用于制造電池正極和負(fù)極，價(jià)格約為目前兩種最常用的電池商業(yè)黏結(jié)劑的十分之一。
伯克利實(shí)驗(yàn)室能源技術(shù)領(lǐng)域的高級(jí)科學(xué)家、伯克利實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)能中心成員、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉杲說(shuō):“如果我們不停止燃燒電池、不停止把它們?nèi)舆M(jìn)垃圾桶，我們將在未來(lái)十年耗盡資源。鈷和鎳都不夠用，我們必須回收，否則跟不上市場(chǎng)對(duì)電池的需求?！?/span>
團(tuán)隊(duì)的另一名成員表示，“在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，制備是很容易的，我們認(rèn)為推廣到商業(yè)規(guī)模也不會(huì)很困難?！眻F(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這種材料可以適用于各種尺寸的電池，從手機(jī)中的小型電池到電網(wǎng)中的儲(chǔ)能電池。
團(tuán)隊(duì)的測(cè)試表明，這種黏結(jié)劑可以適用于各種電池類型，例如圖中的紐扣電池。
2022年9月下旬，該技術(shù)被R&D 100 Awards評(píng)為2022年全球開發(fā)的100項(xiàng)革命性技術(shù)之一。
美國(guó)電池企業(yè)OnTo Technology 公司正在和劉杲的團(tuán)隊(duì)合作，完成產(chǎn)品測(cè)試并將其推向市場(chǎng)。已有的實(shí)驗(yàn)表明，快速釋放黏結(jié)劑在高電壓和低電壓下都非常穩(wěn)定，研究人員現(xiàn)在計(jì)劃使用這一黏結(jié)劑構(gòu)建原型鋰離子電池，以分析其性能。
在OnTo Technology 公司創(chuàng)始人史蒂夫·斯盧普(Steve Sloop)看來(lái)，快速釋放黏結(jié)劑代表了電池設(shè)計(jì)的范式轉(zhuǎn)變。這種設(shè)計(jì)范式不再是先設(shè)計(jì)電池并試圖在事后創(chuàng)建回收過(guò)程，而成為了第一個(gè)“為了回收”的設(shè)計(jì)。
假設(shè)測(cè)試進(jìn)展順利，技術(shù)將順利過(guò)渡到商業(yè)制造。史蒂夫·斯盧普說(shuō)，“電池不含全氟烷基和多氟烷基物質(zhì) (PFAS)，這也是一項(xiàng)偉大的成就——PFAS 是一種用于制造不粘涂層和許多其他產(chǎn)品的化合物，但可能會(huì)產(chǎn)生很多健康相關(guān)問(wèn)題。”
據(jù)了解，這項(xiàng)快速釋放黏結(jié)劑的開發(fā)已經(jīng)得到了美國(guó)能源部能源效率和可再生能源辦公室的支持。
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