回收电池材料比新挖的还好用？研究成果已商业落地，论文一作均为华人

万博 2022-03-28 13:06:05 来源：量子位

万博 发自 副驾寺

智能车参考 | 公众号 AI4Auto

动力电池回收赛道，这项新研究进展，非常值得关注：

回收废旧电池提取的阴极原材料，比新挖的材料应用效果还要好。

不仅充电速度快，循环寿命还吊打原矿材料锂电池。

而且这项研究成果，目前已经成功投入商用。

对于正在遭受电池原材料供应不稳，价格飞涨的新能源汽车行业来说，这无疑是一剂强心针。

回收材料比新挖的还好用？

研究成果，出自伍斯特理工学院材料科学教授王岩和美国先进电池联盟（USABC）学术团队，发表在著名学术期刊《焦耳杂志》上。

该学术团队，通过对NMC111锂电池阴极锰、钴、镍元素的回收、加工和再生产，发现用回收材料制造的锂电池，在循环寿命和充电速度方面，有更大的优势。

取得巨大突破的关键，在于王岩团队回收利用废旧锂电池的过程，与当下的主流路线有所区别。

目前主流的电池回收拆解方式，简单粗暴的“一锅烩”，直接拆解粉碎整个电池，包括电子电路、外壳等部分，然后全部溶解在酸中，最后在一堆成分复杂的混合物中，提取出镍、钴、锰化合物，之后加入新的阴极元素。

而王岩团队对废旧电池的回收处理，则是精细化作业，首先对电池粉碎处理后，再通过物理方法，单独回收电池内部的电子电路和外壳部分。剩余的电池正负极材料混合粉末，正极材料通过酸溶液进行溶解提取，去除杂质；负极材料，则以沉淀的形式进行收集。

之后再对正极材料加入适当比例的镍、钴、锰，让3种元素的比例达到均衡，最后经过加工处理，产出阴极材料化合物颗粒，完成一次废旧电池阴极材料的生命轮回。

就在这个过程中，王岩团队有了一个极有价值的发现：

通过他们的回收再利用过程，生产出的阴极材料颗粒，表面具有更多孔隙，同时颗粒中心，还有一个较大的孔隙。

这就意味着阴极晶体为锂离子提供了更大空间，当锂离子在进入其中的时候，阴极晶体可以微度膨胀，从而让回收再造的阴极晶体，相比新元素制造的阴极晶体更加牢固。

最后的结果就是，电池的使用寿命更持久。

同时，更多的孔隙也意味着更大的表面积，可以让锂电池在充电过程中，锂离子发生更快的化学反应，从而加快锂离子电池的充电速度。

为了验证理论在现实中的可行性，王岩团队用回收材料制作了与电动车能量密度相同的1A·h-11A·h的锂电池，并进行了大规模的工业验证。

验证发现，使用回收材料制作的1A·h锂电池，在80%和70%的容量保持率下，可实现4200次和11600次循环寿命，比最先进的商业化锂离子电池提升33%和53%。

同时在充电速率方面，也较新矿材料制作的锂电池，有不少的提升。

产业落地如何？

目前，该研究成果，已经开启商业化落地，背后推动这一进程的，正是王岩参与创办的电池回收初创公司升腾元素（Ascend Elements）。

据了解，升腾元素目前已经在小范围内，向电池制造商提供回收阴极材料，并同电池巨头韩国SK，签署电池原材料回收协议。

今年，升腾元素将在美国建造其第一座电池回收工厂，同时计划今年年底，在欧洲同时落地两座电池回收工厂。

事实上，在电动车风头正盛的今天，看上废旧电池回收这门生意的，不止王岩教授和他的升腾元素。

这其中最具代表性的，是前特斯拉CTO施特劳贝尔（JB Straubel），和他所创办的红木材料（Redwood Materials）。

但相比于升腾元素，红木材料的商业模式更加简单粗暴：

上接主机厂回收电池，下联电池厂提供原材料，自己在中间，做电池原材料回收和提取，典型的B2B生意。

不过，红木材料的技术优势，在于原材料的提取能力上，据官方数据披露，红木材料的回收技术能够回收利用废旧电池中95%的的镍、钴、铝和石墨，以及超过80%的锂。

站在行业上来看，属于头部水平。

目光拉近，看向国内，电池回收生意的热度，最近几年只增不减。

到底有多热？用2组学界和业界的数据感受一下：

国家知识产权局数据显示，最近20年，我国与电池回收相关专利共有1458件，其中2017年以来申请的相关专利有1146件，占比近8成。

业界来看，根据工信部公布的47家《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》白名单企业中，有42家是最近两年拿到行业准入资格的。

同时，整个行业还还呈现出另一大特点：巨头入场，跑马圈地。

目前，宁德时代、格林美、比亚迪等电池制造商，以及北汽等主机厂，都已经陆陆续续跑步布局相关赛道，或亲自下场开发技术，或寻找优质标的真金白银大举投入。

国外国内，随着电动车行业的风口，过去和“捡破烂”划等号的电池回收生意，如今开始走向资本和产业的庙堂。

但热度之下，问题也依旧存在。

比如动力电池梯次利用规范不明，再比如正规军干不过黑作坊这类劣币驱除良币现象……总的来说，难题并不集中在技术上，而是在行业规范和标准的明确上。

但随着动力电池退役高峰的来临，以及电池原材料长期高居不下的现状，这座移动的矿产蛋糕，只会越做越大，成熟的商业化模式，也会呼之欲出。

论文作者介绍

论文一作马晓途，伍斯特理工学院机械工程系博士后，研究领域包括电池材料、新能源。

本科毕业于吉林大学，专业是化学；2015年进入美国史蒂文斯理工学院，主修材料工程与科学，并于2017年取得硕士学位；同年进入伍斯特理工学院，2021年9月获得材料工程与科学博士学位。

共同一作陈梦圆，伍斯特理工学院材料工程与科学在读博士，主要研究锂离子电池，以及电池回收。

本科毕业于中国科学技术大学，2013年考入纽约州立大学石溪分校，并在2015年取得硕士学位；隔年考入伍斯特理工学，同时加入王岩教授课题组。

共同一作郑长峰，升腾元素公司高级电池材料工程师。

本科毕业于天津大学，主修电气化学；2008年考入在新加坡国立大学，主修生物分子工程，并于2011年取得硕士学位；同年进入伍斯特理工学院，主修材料工程与科学，2015年取得博士学位。2017年加入Ascend Elements公司。

通讯作者王岩，伍斯特理工学院机械与材料工程教授，同时也是学术团队负责人，Ascend Elements公司联合创始人。

本科和硕士研究生都在天津大学度过，2009年在加拿大温莎大学取得博士学位后，隔年进入麻省理工成为博士后。

话说回来，最近电动车行业的涨价潮，不也是因为电池原材料供应不稳定，价格飙升引起的？

这个时间点，这项研究成果的价值表露无疑：

如果真的能大规模商业化的话，这么大一个电池优质原材料「移动矿」，说不定有希望解决电池原材料困局，你说呢？

论文地址：

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(21)00433-5