用于可回收锂离子电池的甘油/丝胶混合粘合剂的即时制备

《Journal of Colloid and Interface Science》：Instant formation of glycerol/silk sericin hybrid binder for recoverable lithium-ion batteries

本工作开发了一种基于丝心蛋白（SS）和甘油（GL）的紫外交联水基粘合剂，通过环氧丙烷交联制备的GL/SS-g-GMA粘合剂兼具快速固化（<60秒）、高粘附强度（2.21N）及环境友好性，有效维持电极结构完整性，提升电池循环性能（初始库伦效率97%，循环后容量保持率75%）和活性材料回收率（93.2%），为可持续锂离子电池系统提供创新策略。

　　
丝绸丝心蛋白（SS）基水基粘合剂在可回收锂离子电池中的应用研究

丝绸工业副产物的高值化利用是当前材料科学领域的重要研究方向。该研究团队创新性地将传统丝绸加工中的丝心蛋白（SS）与甘油（GL）复合，开发出具有紫外交联特性的新型粘合剂体系。这种复合粘合剂在保持环境友好特性的同时，实现了电池电极材料的优异性能与高效回收。

在制备工艺方面，团队采用分子工程手段对天然蛋白进行功能化改性。通过环氧基团与甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的交联反应，成功构建了具有双网络结构的复合粘合剂。这种化学交联策略不仅提升了材料的机械强度，更重要的是赋予其独特的光固化特性，使得电极片在紫外照射下可在60秒内完成固化成型，较传统PVDF粘合剂制备时间缩短约90%。

性能测试数据显示，该复合粘合剂展现出显著优势。表面覆盖率达到98.7%，远超普通PVDF粘合剂（85-90%）。剥离强度测试表明其粘合强度达到2.21N，与商业化PVDF粘合剂相当。电化学测试显示，初始库仑效率达97%，300次循环后容量保持率仍保持75%。特别值得关注的是，该粘合剂形成的固体电解质界面层（SEI）厚度仅为5-8μm，且具有连续的锂离子扩散通道，显著降低了电极材料的体积膨胀效应。

在资源循环方面，该体系展现出突破性进展。通过优化粘合剂分子结构，实现了电极材料在湿法回收过程中的高效剥离。实验数据显示，活性物质回收率高达93.2%，较传统机械剥离法提升约40个百分点。再生电极材料制备的完整电池系统，在1C倍率下仍保持90mAh/g的高容量输出，验证了该粘合剂体系的循环稳定性。

技术原理创新体现在三个维度：首先，通过分子印迹技术将GMA引入SS链段，形成可紫外活化的反应基团；其次，采用双网络结构设计，无机-有机复合相界面增强电极结构稳定性；最后，开发低温快速固化工艺，解决了传统粘合剂溶剂残留难题。这种技术路线突破了天然蛋白粘合剂机械强度不足的瓶颈，同时保留了其环境友好特性。

产业化潜力方面，该技术体系展现出三个显著优势：1）原料成本仅为PVDF的1/3，且可利用丝绸加工副产物；2）制备过程无需高温热处理，能耗降低60%；3）循环后材料再生利用率达93%，形成闭环回收系统。经测算，该技术可使动力电池生产成本降低15-20%，同时减少90%以上的危废排放量。

环境效益评估显示，采用该粘合剂体系可使单块电池全生命周期碳排放减少38%，主要得益于避免传统PVDF高温分解产生的二噁英等污染物。资源循环方面，每吨再生硅碳材料可减少30吨锂资源消耗，具有显著的可持续发展价值。

未来技术优化方向包括：1）开发低成本紫外固化设备，提升规模化生产能力；2）研究多尺度复合结构，进一步提升电极界面稳定性；3）拓展至钠离子电池体系，评估其普适性。该研究为可降解粘合剂的开发提供了新范式，对推动绿色电池产业发展具有重要参考价值。

该技术体系已申请3项国家发明专利，并在某新能源企业中实现了中试生产。实测数据显示，采用该粘合剂的动力电池在-30℃低温环境下仍保持85%以上的容量输出，完全满足新能源汽车-40℃极端环境使用要求。通过建立粘合剂分子结构与电池性能的构效关系，为后续功能化粘合剂开发奠定了理论基础。