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上到80℃下到-70℃
近日，一款最新研发的锂离子电池正式亮相，可以经受上达零上80℃，下至零下70℃“冰火两重天”的极致考验：受得了炎热、耐得住冰雪、充电快速、成本还低，这款超“能打”的锂电池由中国科学院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所先进储能技术中心研究团队历时10年研发，是我国首款具有宽温域、低成本、长寿命的电芯产品，上市后将有望打破未来新能源产业格局。
受电池材料限制，传统锂离子电池的工作温度在0℃~40℃，低于0℃后锂电池放电性能就会大幅下降。为此，该团队历时近10年，研发出了既抗冻又耐热的新型锂离子电池技术，可以同时兼顾低温与高温性能。
研究团队核心介绍，他们通过电池负极材料创新和电解液体系创新，直接扩大了电池的工作温度范围，其中最低工作温度达零下70℃、最高工作温度达零上80℃，实现了高寒酷暑的宽温域应用场景。
经过团队多年的技术攻关，新型宽温域电池技术已成熟并进入市场推广阶段，目前已与电动自行车、新能源汽、能源领域的众多企业建立了广泛且深入的合作。提供的批量电芯性能评估已满足使用需求。相关企业实测结果表明，使用针对低速电动车开发的铝基Ⅱ锰酸锂电芯产品在-50℃条件下放电容量保持率仍然超过60%；针对新能源汽车开发的铝基Ⅱ磷酸铁锂电芯产品可在-30锂电条件下高效充电，充电容量超过初始容量的91%，将有望解决电动汽车冬季续航缩水和低温启动困难的难题。
解决废旧电池回收压力
纳米能源所构建回收系统
近日，中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员团队基于摩擦纳米发电机的自驱动原理，构建了废旧锂电池回收系统。该系统以摩擦纳米发电机供电回收，可生成能直接利用的高纯度碳酸锂、磷酸铁，并将部分回收材料用于制造摩擦纳米发电机，实现材料和能量“双循环，和传统回收技术相比，它在环保和经济效益方面优势明显。”
在新能源汽车、储能等产业迅速发展的当下，作为动力或储能设备的锂电池也迎来产量的猛增，但锂电池平均使用寿命为6~8年，即将迎来大规模的锂电池“退役潮”。据中国汽车工程学会预测，2023年我国退役动力电池将达到104万吨，2030年将达到350万吨。废弃锂电池若不能得到妥善处理，其中的电解液、重金属、塑料等物质会给环境带来巨大压力，所含的锂、镍、钴、锰、铜、铝等金属元素也被直接浪费。
但现实困难是，锂电池回收问题重重。一是传统回收方式工艺复杂，高能耗、高排放，还会带来二次污染问题；二是回收所得产物纯度较低，多次提纯又会抬高成本。目前，主流的锂电池分三元聚合物锂电池和磷酸铁锂电池。前者因含有贵金属原材料，所以人们回收意愿较强，对该领域回收技术也研究较多。但约占市场保有量六成的磷酸铁锂电池原料相对便宜，回收产物价值不高，回收工艺复杂，急需开发一种简单、便捷、环保又高效的回收方式。
研究团队开发的回收系统采用电化学法氧化食盐水，利用生成的次氯酸进行氧化还原，实现磷酸铁锂正极材料的回收。该方法回收的碳酸锂和磷酸铁纯度分别达到99.70%和99.75%，还省去了高能耗、高排放的提纯步骤，后续生产能直接利用。更巧妙的是，该锂电池回收系统基于摩擦纳米发电机的自驱动原理，用摩擦纳米发电机实现能源自给与系统自驱动。研究团队借助摩擦纳米发电机制备材料来源广泛的优点，通过合理利用电池的废弃材料制造摩擦纳米发电机，再将摩擦纳米发电机作为电力补充，就能有效降低用电量，助力于提升系统的自驱动性能，实现材料和能量的“双循环”。
更好回收的锂电池
美国实验室推出新材料
现在看来，废旧锂电池回收是门好生意。不过，目前主流的电池回收企业都不得不面对一个大麻烦，即电池回收的过程能耗大，经济成本高，并会产生大量有毒副产品。2月初，美国劳伦斯伯克利国家实验室在其官方网站宣布，实验室相关团队已开发出一种快速释放黏结剂，使用这种快速释放黏结剂的锂离子电池在回收时，只需要拆开后放入常温碱性水，轻轻摇动就能将电极成分分离，之后将所需要的成分从水中滤出并风干即可。目前，相关团队正进行测试，很快将推向市场。
黏结剂是大多数类型电池（包括锂离子电池和常用的碱性电池）中使用的胶状物质。电池都有两个电极—带正电的正极和带负电的负极。电极由产生电流的导电化学物质制成，黏结剂将这些活性化学成分结合在一起，固定在适当的位置，以实现一致和持久的性能。
实验室工作人员发明的快速释放黏结剂，由两种市售聚合物材料聚丙烯酸和聚乙烯亚胺制成，它们通过PEI中带正电的氮原子和PAA中带负电的氧原子之间的化学键连接在一起。当将固体黏结材料被置于含有氢氧化钠的碱性水中时，钠离子会进入连接位点，从而将两种聚合物材料分开。分离的聚合物溶解到液体中，释放出嵌入其中的任何电极成分。
这就跟目前的废旧锂离子电池回收形成了鲜明的对比。据了解，以目前锂离子电池回收技术的火法为例，需要将电池切碎和研磨，燃烧后进行金属及元素分离。回收过程不仅仅能耗高，成本高昂，而且会释放出必须谨慎处理的有毒化学物质。
有毒化学物质
使用手套箱进行保护
其实不仅仅是回收，在锂电池生产过程中就会产生很多有害气体，所以在生产过程中必须要遵循环保的原则，而且因为它所产生的废气会对周围的环境造成影响，所以生产过程中对它的要求也会越来越高。
以锂电池生产为例：金属锂负极由于其化学活性高，易与电解液发生副反应。燃料电池的生产奖面临更多的不可知因素：可以说整个电池的生产过程都是伴随着很多危险问题的，所以在电池生产中，都会使用真空手套箱进行：手套箱是作为一个全密闭的腔体，把腔体内外的环境完全隔绝开，腔体的一面安装有视窗 和手套，操作人员通过手套对腔体内的物料进行操作：在操作前，对整个箱体抽真空，把箱体内空气完全抽掉，降低水氧含量至0.1ppm以下，然后填充惰性气体气体进行生产。
而生产电池用手套箱，还需要装配专用烘箱以保证整个生产过程中的干燥环境，其技术要求要远远大于一般手套箱；而未来硫锂电池的量化生产，也应该离不开这种特殊的生产保护。
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