【研究背景】随着便携电子设备、电动汽车和可再生能源存储的迅猛发展，全球对锂离子电池的需求持续爆发式增长，同时也迎来大规模电池退役潮。预计到2030年，全球累计报废的锂电池将超过1100万吨，如何实现退役电池的高效回收与资源循环利用，已成为关乎能源安全与环境保护的重大课题。目前工业回收主要依赖火法与湿法冶金工艺，但这些方法普遍存在能耗高、流程复杂、化学品消耗大以及二次污染等问题。相比之下，直接回收技术通过保留并修复电极活性材料结构，被认为是更具可持续性的理想路径。然而，现有锂离子电池在设计之初并未考虑可回收性，其中牢固粘附电极组分的粘结剂成为直接回收过程中难以突破的关键瓶颈。目前，粘结剂去除依赖高温热解或有机溶剂处理，这些方法往往会破坏材料结构、引入杂质或造成环境负担。理论上，水系电极制备中引入水溶性粘结剂有望实现绿色高效的电极剥离，但现有体系难以同时兼顾高电化学性能与可控溶解特性，且在实现正负极统一的水系电极加工方面仍存在明显局限。
基于以上分析，研究团队设计并构建了一种水溶性超分子水系粘结剂。该粘结剂由天然丝胶蛋白与硫酸通过氢键和离子相互作用形成稳定的双交联网络结构。它能够兼容正极和负极，并实现NCM111正极和石墨负极的稳定循环。在1.3-Ah软包电池中，该体系经过500次循环后仍保持85.0%的容量保持率，展现出良好的实际应用潜力。更关键的是，其超分子相互作用可在热水中可逆解离，使电极在热水中即可实现活性材料从集流体上的快速剥离，实现“稳定服役—按需解离”的功能切换。回收得到的活性材料纯度高、结构完整，可直接再生利用。该工作对电极进行预设计，让电池“出生”就准备回收，为开发下一代锂离子电池提供了全新视角。
其相关成果以题为“A water-soluble binder for recyclable lithium-ion batteries”在国际知名期刊《Nature Sustainability》上发表。
【结论】
综上所述，该研究从电池设计源头出发，开发了一种通过超分子氢键和离子相互作用实现的双交联水性粘结剂，粘结剂对多种正负极材料具有良好兼容性。同时，巧妙解决了锂离子电池直接回收中“电极难分离”的核心痛点，其氢键和离子相互作用可随温度升高发生解离，使其在热水中快速溶解，从而实现退役锂电池的便捷直接回收，让“给废旧锂电洗个热水澡”从形象比喻变为切实可行的绿色回收方案。技术经济分析表明这种直接回收工艺既经济可行又环保。该工作突破了传统“先使用、后回收”的被动模式，使电池在诞生之初便具备可循环属性，为破解锂电闭环回收难题提供了关键解决方案。
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