通过分子半导体和单极纳秒电脉冲对聚（偏二氟乙烯-共-六氟丙ylene）复合材料的介电性能和能量存储进行协同优化

《Materials Today Communications》：Synergistic optimization of dielectric properties and energy storage in poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) composites by molecular semiconductor and unipolar nanosecond electric pulses

退役锂离子电池中PVDF热解脱氟机制及工艺优化研究，通过氮气与一氧化碳复合气氛两步热解法，实现96%氟去除率且缩短50%处理时间，为低值高污染元素回收提供新策略。

　　近年来，随着电动汽车行业的迅猛发展，锂离子电池的退役数量也呈现出快速增长的趋势。特别是在中国，由于新能源汽车的普及，大量首批锂离子电池正逐渐达到其使用寿命的终点，导致了大规模的电池退役现象。这一现象不仅对环境造成了压力，也对资源的可持续利用提出了新的挑战。因此，如何高效、环保地回收和处理这些退役电池，成为当前研究的重要方向之一。

在现有的电池回收技术中，大多数研究主要集中在高价值金属元素的回收上，如锂、镍、钴和锰等。这些金属元素在电池中含量较高，回收价值较大，因此成为研究的重点。然而，对于那些含量较低、价值不高且污染性较强的元素，如氟（F）等，其处理和管理仍然存在较大的不足。氟作为锂离子电池中常见的元素，主要存在于聚偏氟乙烯（PVDF）这一聚合物中，PVDF通常用作正极材料的粘结剂。尽管其在电池中的占比仅为1%-2%，但由于其广泛的应用和较高的氟含量（可达59%），处理不当可能会对环境和人类健康造成严重影响。

PVDF在高温下的分解行为是影响其处理效率的关键因素之一。研究发现，PVDF在不同气氛下的热解过程具有显著差异。在氮气（N?）气氛下，PVDF表现出较高的脱氟效率，而一氧化碳（CO）的引入则能够加速其分解过程。基于这一发现，研究者提出了一种两步式控制气氛热解方法，首先在CO气氛下进行初步热解，随后在N?气氛下进行进一步处理，这种方法在2小时内实现了约96%的氟去除率，并将分解时间缩短了一半。这一成果不仅为高效去除低含量、低价值、高污染元素提供了新的思路，也为推动绿色回收技术的发展和电池废弃物的可持续管理奠定了基础。

电池回收过程中，粉碎是一个重要的步骤。传统的物理方法通常通过破碎和筛分来获取具有特定粒径的活性材料粉末。然而，这些方法往往无法有效分离PVDF，导致在后续的高温处理过程中产生大量的氟污染物。因此，为了减少氟的排放，研究人员开始探索更有效的分离策略，例如通过溶解铝箔来获取更纯净的正极材料。然而，这种方法仍然面临一些挑战，与传统物理处理方式类似。为了解决这些问题，一些新的方法被提出，如利用有机溶剂将PVDF转化为液态，从而实现活性材料与集流体的分离。此外，还开发了新型溶剂系统，以在较低温度下实现高效的分离。还有研究者尝试使用氧化钙（CaO）作为反应介质，直接吸收PVDF中的氟，以防止在后续处理过程中产生氟化氢等有害物质。同时，电解剥离技术也被用于电池回收，通过将废旧电池的正负极组成电解池，实现活性材料与锂离子的同时剥离。

尽管PVDF在电池中的占比不高，但其在实际应用中的总量却非常庞大。随着锂离子电池的广泛应用，退役电池的数量不断增加，因此，如何高效地处理这些电池中的氟元素成为了一个亟待解决的问题。为了更好地理解PVDF在电池组件中的热解行为，研究者首先对纯PVDF材料进行了热解实验，利用热重分析（TGA）和质谱分析（MS）等技术，研究了不同气氛和温度条件下PVDF的分解路径和产物。通过系统地调整温度、气氛和处理时间，研究人员确定了最适宜的热解条件。此外，在热解过程中，使用氢氧化钠（NaOH）溶液吸收分解产物，有助于精确控制氟的平衡，并有效减少污染。

在实际电池组件中，PVDF的热解行为更为复杂。由于其与其他材料共同存在，热解过程中可能会受到多种因素的影响，如温度梯度、气氛组成以及与其他材料的相互作用等。因此，研究者进一步对从退役电池中回收的正极片进行了热解实验，以监测氟含量的变化并探索更有效的脱氟方法。通过将纯PVDF的热解参数应用于实际电池材料，研究团队能够更全面地理解PVDF在电池组件中的热解机制，并为实际工业应用提供科学依据。

此外，研究团队还提出了一种两步式控制气氛热解方法，该方法首先在CO气氛下进行初步热解，随后在N?气氛下进行进一步处理。这种方法不仅提高了氟的去除效率，还显著缩短了处理时间，从而降低了能耗和成本。对于工业界而言，这一技术的提出具有重要的应用价值，特别是在大规模电池回收过程中，能够有效减少氟的排放，提高资源回收的效率和环保性。

本研究的成果表明，通过优化热解气氛和温度条件，可以实现对PVDF中氟元素的高效去除。这一方法为解决当前电池回收过程中低含量、低价值、高污染元素的处理难题提供了新的思路。同时，也为推动绿色回收技术的发展和实现电池废弃物的可持续管理提供了理论支持和实践指导。随着全球对环境保护和资源循环利用的重视，这样的研究将有助于构建更加环保和高效的电池回收体系，为新能源行业的长期发展提供保障。

在实际应用中，这种两步式热解方法不仅可以用于锂离子电池的回收，还可以推广至其他类型的电池材料处理。通过不断优化处理工艺和条件，可以进一步提高氟去除的效率和安全性，同时降低处理成本，提高经济效益。此外，该方法还可以与其他回收技术相结合，形成更加全面和系统的电池回收方案，以满足不同应用场景的需求。

为了确保该技术的可行性和可靠性，研究团队还对实验过程进行了详细的分析和验证。通过对比不同气氛下的热解效果，研究人员发现CO气氛下的热解过程能够显著加速PVDF的分解，而N?气氛则有助于更彻底的脱氟。这种分步处理的方式不仅提高了氟的去除率，还减少了对环境的污染。同时，实验结果也表明，该方法在处理过程中能够有效控制氟的释放，从而降低对空气和水体的污染风险。

从环境和经济的角度来看，这种两步式热解方法具有显著的优势。一方面，它能够有效减少氟的排放，降低对生态环境的破坏；另一方面，通过缩短处理时间，可以提高回收效率，降低能耗和成本。这对于推动电池回收产业的绿色转型和可持续发展具有重要意义。随着技术的不断成熟和推广，这种方法有望成为未来电池回收的重要手段之一。

综上所述，本研究通过对PVDF热解行为的深入分析，提出了一种高效的脱氟方法，为解决退役电池中低含量、低价值、高污染元素的处理难题提供了新的思路。该方法不仅有助于提高电池回收的环保性，也为实现资源的高效利用和可持续发展做出了积极贡献。未来，随着相关技术的进一步完善和推广，这种两步式控制气氛热解方法将在电池回收领域发挥更大的作用，为全球新能源产业的绿色发展提供有力支持。