動力電池回收賽道，這項新研究進(jìn)展，非常值得關(guān)注：
回收廢舊電池提取的陰極原材料，比新挖的材料應(yīng)用效果還要好。
不僅充電速度快，循環(huán)壽命還吊打原礦材料鋰電池。
而且這項研究成果，目前已經(jīng)成功投入商用。
對于正在遭受電池原材料供應(yīng)不穩(wěn)，價格飛漲的新能源汽車行業(yè)來說，這無疑是一劑強(qiáng)心針。
研究成果，出自伍斯特理工學(xué)院材料科學(xué)教授王巖和美國先進(jìn)電池聯(lián)盟（USABC）學(xué)術(shù)團(tuán)隊，發(fā)表在著名學(xué)術(shù)期刊《焦耳雜志》上。
該學(xué)術(shù)團(tuán)隊，通過對NMC111鋰電池陰極錳、鈷、鎳元素的回收、加工和再生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)用回收材料制造的鋰電池，在循環(huán)壽命和充電速度方面，有更大的優(yōu)勢。
取得巨大突破的關(guān)鍵，在于王巖團(tuán)隊回收利用廢舊鋰電池的過程，與當(dāng)下的主流路線有所區(qū)別。
目前主流的電池回收拆解方式，簡單粗暴的“一鍋燴”，直接拆解粉碎整個電池，包括電子電路、外殼等部分，然后全部溶解在酸中，最后在一堆成分復(fù)雜的混合物中，提取出鎳、鈷、錳化合物，之后加入新的陰極元素。
而王巖團(tuán)隊對廢舊電池的回收處理，則是精細(xì)化作業(yè)，首先對電池粉碎處理后，再通過物理方法，單獨(dú)回收電池內(nèi)部的電子電路和外殼部分。剩余的電池正負(fù)極材料混合粉末，正極材料通過酸溶液進(jìn)行溶解提取，去除雜質(zhì)；負(fù)極材料，則以沉淀的形式進(jìn)行收集。
之后再對正極材料加入適當(dāng)比例的鎳、鈷、錳，讓3種元素的比例達(dá)到均衡，最后經(jīng)過加工處理，產(chǎn)出陰極材料化合物顆粒，完成一次廢舊電池陰極材料的生命輪回。
就在這個過程中，王巖團(tuán)隊有了一個極有價值的發(fā)現(xiàn)：
通過他們的回收再利用過程，生產(chǎn)出的陰極材料顆粒，表面具有更多孔隙，同時顆粒中心，還有一個較大的孔隙。
這就意味著陰極晶體為鋰離子提供了更大空間，當(dāng)鋰離子在進(jìn)入其中的時候，陰極晶體可以微度膨脹，從而讓回收再造的陰極晶體，相比新元素制造的陰極晶體更加牢固。
最后的結(jié)果就是，電池的使用壽命更持久。
同時，更多的孔隙也意味著更大的表面積，可以讓鋰電池在充電過程中，鋰離子發(fā)生更快的化學(xué)反應(yīng)，從而加快鋰離子電池的充電速度。
為了驗證理論在現(xiàn)實中的可行性，王巖團(tuán)隊用回收材料制作了與電動車能量密度相同的1A·h-11A·h的鋰電池，并進(jìn)行了大規(guī)模的工業(yè)驗證。
驗證發(fā)現(xiàn)，使用回收材料制作的1A·h鋰電池，在80%和70%的容量保持率下，可實現(xiàn)4200次和11600次循環(huán)壽命，比最先進(jìn)的商業(yè)化鋰離子電池提升33%和53%。
同時在充電速率方面，也較新礦材料制作的鋰電池，有不少的提升。
目前，該研究成果，已經(jīng)開啟商業(yè)化落地，背后推動這一進(jìn)程的，正是王巖參與創(chuàng)辦的電池回收初創(chuàng)公司升騰元素（Ascend Elements）。
據(jù)了解，升騰元素目前已經(jīng)在小范圍內(nèi)，向電池制造商提供回收陰極材料，并同電池巨頭韓國SK，簽署電池原材料回收協(xié)議。
今年，升騰元素將在美國建造其第一座電池回收工廠，同時計劃今年年底，在歐洲同時落地兩座電池回收工廠。
事實上，在電動車風(fēng)頭正盛的今天，看上廢舊電池回收這門生意的，不止王巖教授和他的升騰元素。
這其中最具代表性的，是前特斯拉CTO施特勞貝爾（JB Straubel），和他所創(chuàng)辦的紅木材料（Redwood Materials）。
但相比于升騰元素，紅木材料的商業(yè)模式更加簡單粗暴：
上接主機(jī)廠回收電池，下聯(lián)電池廠提供原材料，自己在中間，做電池原材料回收和提取，典型的B2B生意。
不過，紅木材料的技術(shù)優(yōu)勢，在于原材料的提取能力上，據(jù)官方數(shù)據(jù)披露，紅木材料的回收技術(shù)能夠回收利用廢舊電池中95%的的鎳、鈷、鋁和石墨，以及超過80%的鋰。
站在行業(yè)上來看，屬于頭部水平。
目光拉近，看向國內(nèi)，電池回收生意的熱度，最近幾年只增不減。
到底有多熱？用2組學(xué)界和業(yè)界的數(shù)據(jù)感受一下：
國家知識產(chǎn)權(quán)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，最近20年，我國與電池回收相關(guān)專利共有1458件，其中2017年以來申請的相關(guān)專利有1146件，占比近8成。
業(yè)界來看，根據(jù)工信部公布的47家《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》白名單企業(yè)中，有42家是最近兩年拿到行業(yè)準(zhǔn)入資格的。
同時，整個行業(yè)還還呈現(xiàn)出另一大特點(diǎn)：巨頭入場，跑馬圈地。
目前，寧德時代、格林美、比亞迪等電池制造商，以及北汽等主機(jī)廠，都已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)跑步布局相關(guān)賽道，或親自下場開發(fā)技術(shù)，或?qū)ふ覂?yōu)質(zhì)標(biāo)的真金白銀大舉投入。
國外國內(nèi)，隨著電動車行業(yè)的風(fēng)口，過去和“撿破爛”劃等號的電池回收生意，如今開始走向資本和產(chǎn)業(yè)的廟堂。
但熱度之下，問題也依舊存在。
比如動力電池梯次利用規(guī)范不明，再比如正規(guī)軍干不過黑作坊這類劣幣驅(qū)除良幣現(xiàn)象……總的來說，難題并不集中在技術(shù)上，而是在行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的明確上。
但隨著動力電池退役高峰的來臨，以及電池原材料長期高居不下的現(xiàn)狀，這座移動的礦產(chǎn)蛋糕，只會越做越大，成熟的商業(yè)化模式，也會呼之欲出。
論文一作馬曉途，伍斯特理工學(xué)院機(jī)械工程系博士后，研究領(lǐng)域包括電池材料、新能源。
本科畢業(yè)于吉林大學(xué)，專業(yè)是化學(xué)；2015年進(jìn)入美國史蒂文斯理工學(xué)院，主修材料工程與科學(xué)，并于2017年取得碩士學(xué)位；同年進(jìn)入伍斯特理工學(xué)院，2021年9月獲得材料工程與科學(xué)博士學(xué)位。
共同一作陳夢圓，伍斯特理工學(xué)院材料工程與科學(xué)在讀博士，主要研究鋰離子電池，以及電池回收。
本科畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2013年考入紐約州立大學(xué)石溪分校，并在2015年取得碩士學(xué)位；隔年考入伍斯特理工學(xué)，同時加入王巖教授課題組。
共同一作鄭長峰，升騰元素公司高級電池材料工程師。
本科畢業(yè)于天津大學(xué)，主修電氣化學(xué)；2008年考入在新加坡國立大學(xué)，主修生物分子工程，并于2011年取得碩士學(xué)位；同年進(jìn)入伍斯特理工學(xué)院，主修材料工程與科學(xué)，2015年取得博士學(xué)位。2017年加入Ascend Elements公司。
通訊作者王巖，伍斯特理工學(xué)院機(jī)械與材料工程教授，同時也是學(xué)術(shù)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人，Ascend Elements公司聯(lián)合創(chuàng)始人。
本科和碩士研究生都在天津大學(xué)度過，2009年在加拿大溫莎大學(xué)取得博士學(xué)位后，隔年進(jìn)入麻省理工成為博士后。
話說回來，最近電動車行業(yè)的漲價潮，不也是因為電池原材料供應(yīng)不穩(wěn)定，價格飆升引起的？
這個時間點(diǎn)，這項研究成果的價值表露無疑：
如果真的能大規(guī)模商業(yè)化的話，這么大一個電池優(yōu)質(zhì)原材料「移動礦」，說不定有希望解決電池原材料困局，你說呢？
論文地址：
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(21)00433-5
關(guān)鍵詞： 電池回收 伍斯特理工學(xué)院 升騰元素
