巨量的廢棄鋰電池既是環(huán)境污染物，也是寶貴的金屬資源。近日，從清華大學(xué)研究生學(xué)院傳出消息，成會(huì)明、周光敏團(tuán)隊(duì)在鋰電池回收領(lǐng)域取得系列進(jìn)展，既實(shí)現(xiàn)了回收方法的閉環(huán)化，也實(shí)現(xiàn)了回收產(chǎn)物的功能化、高值化，為廢棄鋰電池找到了新出路。

據(jù)成會(huì)明介紹，目前鋰電子電池的回收方法可以分為火法回收和濕法回收兩種。“現(xiàn)有的回收方法均基于正極結(jié)構(gòu)的破壞與有價(jià)元素的提取，必須在高溫、強(qiáng)酸等條件下破壞正極材料的化學(xué)鍵，且提取過程冗長(zhǎng)。”為突破這些局限，成會(huì)明團(tuán)隊(duì)確定了“三化”的解決方向，即回收思路直接化、回收流程封閉化、回收產(chǎn)物功能化。

回收思路直接化是指通過固相燒結(jié)、水熱反應(yīng)、溶劑修復(fù)、熔融鹽修復(fù)等方法，將金屬原子直接轉(zhuǎn)化為金屬分子。回收流程封閉化是指通過試劑的循環(huán)利用、回收電池中的殘鋰與石墨等，實(shí)現(xiàn)外源向內(nèi)源的轉(zhuǎn)變。回收產(chǎn)物功能化是指通過修復(fù)正極材料功能、正極元素合金化用作催化劑等，使回收產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)功能化、多樣化、高值化。

根據(jù)這樣的研究思路，成會(huì)明團(tuán)隊(duì)提出了一系列的回收方法。

在直接化方面，研究團(tuán)隊(duì)提出了含鋰低共熔溶劑常壓直接修復(fù)正極材料、低溫熔融鹽修復(fù)高失效層狀氧化物正極、失效磷酸鐵鋰的直接回收及其氮修飾等方法。其中，含鋰低共熔溶劑常壓直接修復(fù)正極材料以有機(jī)分子為載體，利用其對(duì)鋰、鈷的選擇性傳輸，在分子尺度直接實(shí)現(xiàn)鋰、鈷的同時(shí)補(bǔ)充，不僅可修復(fù)失效的正極，還可大幅縮短回收流程。修復(fù)后，鈷酸鋰的成分、物相、電化學(xué)性能均恢復(fù)到初始狀態(tài)，晶體表面微裂紋消，鋰、鈷重新形成規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)，修復(fù)使用的低共熔溶劑的性質(zhì)無明顯變化，可反復(fù)使用。

在封閉化方面，研究團(tuán)隊(duì)提出了鋰離子電池正負(fù)極材料協(xié)同回收等方法，在修復(fù)正極的同時(shí)還可兼顧負(fù)極石墨的再生或提純。在功能化方面，提出了回收產(chǎn)物制備高壓鈷酸鋰、鎳鈷錳三元材料原位轉(zhuǎn)化生成催化劑等方法。

“直接回收的最終目標(biāo)是發(fā)展常溫、常壓下，可大規(guī)模處理電極材料的閉環(huán)回收方法。”成會(huì)明表示，目前，正極材料直接回收方法研究處于起步階段，普遍需要高溫、高壓或其他特殊條件，缺乏大規(guī)模推廣的潛力。日后，要將鋰電池回收的范圍從正極逐步拓展到負(fù)極、隔膜、電解液等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋰電池的綜合回收與再利用。此外，如何開發(fā)尚處于空白的固態(tài)電池回收技術(shù)也值得關(guān)注。