电池回收技术革新！中科院大连化物所陈忠伟院士团队最新Nature Sustain.！

一、【科学背景】

近年来，由电池提供动力的新能源汽车不断发展，尤其是在沿海区域，新能源汽车的渗透率逐年提高，这一方面得益于锂离子电池技术的发展，也说明了中国新能源汽车的制备水平已经达到了世界领先水平。然而，新能源汽车使用量攀升的同时，引发了人们对废旧锂离子电池处理的担忧。究其原因，废锂离子电池作为一种高价值的材料，其中包括镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）和锂（Li），这些金属含量高于天然矿石中的金属。虽然锂离子电池变得越来越耐用、更环保、更易于制造，并且对稀土元素的依赖程度降低，但仍然缺乏对废旧锂离子电池的经济绿色回收策略的思考。特别是对于大规模商业化电池回收，开发经济实惠、无污染和高效的工艺对于实现可持续储能非常可取。

二、【科学贡献】

基于此，中国科学院大连化学物理研究所陈忠伟院士和张永光研究员等人在Nature Sustainability发表了题为“Sustainable regeneration of spent cathodes for lithium-ion and post-lithium-ion batteries”的论文，研究人员首先引入温和且可回收的浸出剂来提取高价值元素，而无需额外的复杂杂质去除步骤。随后，采用经济实惠且可扩展的再生方法合成用于锂离子电池及其其他电池类型电池的正极材料，例如钠离子电池（SIBs）和锌离子电池（ZIBs），从而实现向更可持续的存储技术的无缝衔接。结果显示，本文再生的正极材料即使在高荷载的情况下也展现出优异的电化学循环性能，具有优异的界面和结构稳定性，甚至可与现有的商业材料相媲美或优于商业化正极材料。

值得注意的是，本文再生从涉及乙酸的浸出开始，突破现有的“萃取-沉淀-煅烧”传统工艺，采用“浸出-沉淀”的全新工艺，可以目前将LIBs和SIBs的制造成本每千瓦时（kWh）降低21.65和41.67美元。

结果显示，本文通过“浸出-沉淀”工艺，获得的锂离子电池三元正极材料已经实现了2.73 mAh cm^-2的可逆面容量, 且通过改变螯合剂，选择性沉淀出不同的正极材料。

图1、高价值元素的提取 © 2024 Springer Nature

图2、用于LIBs的再生正极材料制备及其电化学性能© 2024 Springer Nature

以通过醋酸螯合的方法控制结晶过程为例，作者制备出一个具有明确晶格条纹的普鲁士蓝类似物（PBAs），将其用于钠离子电池（SIBs），经过2000次循环后还能实现83.7%的容量保持率，这一性能也满足了现有的对于SIBs正极材料循环寿命的需求。

图3、用于SIBs和ZIBs的再生正极材料制备及其电化学性能© 2024 Springer Nature

图4、本文再生技术的经济性评估© 2024 Springer Nature

三、【科学启迪】

综上所述，随着电池发展的多样化，研究人员提出的策略既能实现全面的可持续性，也能够降低成本和环境影响。特别是，向后锂离子电池（SIBs，ZIBs）的再生正极涌现大大减少了对人类健康、环境和自然资源的影响，同时制造成本大大降低。这些通过回收过程过渡到锂离子替代技术的尝试，将为解决电池可持续性和可负担性问题提供一种有前途的方法，进一步走向可持续发展之路。

文献链接：“Sustainable regeneration of spent cathodes for lithium-ion and post-lithium-ion batteries”（Nature Sustainability，2024，10.1038/s41893-024-01351-5）

本文由材料人CYM编译供稿。