从废弃到新生！中国科学家提出一步法电池收受接收工艺

截至 2023 年，中国新能源汽车的产销量已靠近 1000 万辆，新能源汽车在中国汽车市场中的霸占率已超过 30%。

废旧电池如果处理欠妥当，其含有的重金属和有害化学物质会对土壤和水资源造成严重污染，威胁全体生态系统的平衡与稳定。

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估量到 2030 年，新能源汽车产生的废旧动力电池将超过 300 万吨，但是中国新能源汽车动力电池规范化回收率不敷 30%。
因此，废旧动力电池的回收和处理成为业内关注的焦点。

2024年5月14日，我国科学家在《自然可持续》（Nature Sustainability）杂志上揭橥了一篇关于退役动力电池可持续回收的文章，有望加快动力电池前辈回收技能的推广和运用，推动电池回收行业商业化快速发展。

研究成果揭橥于《自然可持续》杂志（图片来源：《自然可持续》杂志）

在本研究中，作者利用浸出和共沉淀两个反应实现了锂电池正极材料中高值金属元素的提取和电极的再生。
在浸出过程中，作者利用不同金属元素在乙酸中的溶解效率不同的特点，选择性地溶解出锂电池正极材料中的高值金属元素，包括锂、钴、镍和锰，再通过过滤得到清澈透明的渗滤液。

为最大限度地保留锂电池正极元素的高附加值，作者利用氨和氢氧化钠的稠浊溶液对浸出液进行共沉淀反应，以在连续搅拌罐反应器中制备球形先驱体。

个中，氨作为螯合剂可与浸出液中的过渡金属形成金属-氨络合物，防止共沉淀过程中的分相沉淀。
在共沉淀过程中，除锂离子外，超过 99.8%的高代价金属通过具有设计比例的镍、钴和锰的球形先驱体回收。
末了经由高温锂化反应，得到了再生的 R-NCM 正极材料。

高代价元素的提取（a.金属溶解效率与浆料浓度的关系；b.不同类型的酸溶液对锂电池中金属的溶解效率比拟；c.真空赞助过滤。
）（图片来源：参考文献1）

实验结果表明，R-NCM 再生正极材料表现出高可逆容量和高库伦效率（＞99.7%）。
在稳定性方面，该正极材料经由 500 次充放电循环后容量保持率为 81.2%，优于商业 NCM 正极材料（容量保持率为 50.1%），并且该再生正极材料保留了前体的球形构造，循环过程中微裂纹极小，相稳定性强。

与商用 NCM 正极材料比较，R-NCM 可再生正极材料的生产和利用可有效降落环球变暖的潜势和化石资源稀缺性。
在电池本钱方面，R-NCM 可再生正极材料的利用可将锂离子电池组和钠离子电池组的制造整天职别降落 21.65 美元每千瓦时和 41.67 美元每千瓦时。

锂离子电池再生正极材料（a.球形R-NCM粉末的SEM图像和元素分布图，镍(蓝色)，钴(粉赤色)和锰(绿色)，标尺为1m；b.二维的GIXRD图像；c.镍的K边界XANES光谱；d, e, f.电化学性能表征结果；g.商用NCM电极和R-NCM电极循环后的横截面FIB电镜图像，标尺为1m；h.R-NCM电极的原位XRD图及对应的循环曲线；i.电极表面代表性物质的三维重修图。
）（图片来源：参考文献1）

目前对付锂电回收再利用

还有哪些做法？

锂电的回收再利用是指将退役锂电池通过化学、物理、生物等手段进行拆解，达到回收镍、钴、锰、锂等金属元素及其他可回收材料的目的。
目前锂电池回收再利用的方法紧张有湿法回收、火法回收和生物回收等。

湿法回收是指利用化学试剂对电极材料中的金属进行选择性地溶解，再分离浸出液体中的金属元素。
该技能具有回收率高、产品纯度较高、能耗较低的优点，是目前运用范围最广的回收技能。

火法回收是指通过高温手段将废旧电池中的杂质去除，终极提取出含有金属及其化合物的细粉状材料。
该技能操作工艺大略，效率比较高，适应于处理大量或者构造较为繁芜的电池。

生物回收是指利用微生物等的代谢过程将废旧电池中的金属元素选择性浸出，实现提取高值金属元素的目的。
该技能对环境友好，但是目前仍处于研发阶段，技能尚不成熟。

锂电池环保回收

对我们生活的影响？

1.环境保护

锂电池回收能够显著减少废旧电池对环境的污染。
通过专业的回收处理，可以防止废旧电池中的有害物质，如重金属、有机溶剂等泄露到环境中，保护土壤和水资源。

2.资源节约

锂电池回收可以实现对高代价和罕有材料的再利用。
如回收的锂、镍、钴等金属元素经由精髓精辟和提纯后，可以再次作为原材料用于生产新的电池，降落生产本钱，节约资源。

此外，回收的电池芯片和电解液等也可以进行回收处理或再利用，进一步提高了资源利用效率。

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结语

新能源汽车作为环保出行的新选择，不仅为我们的出行办法带来了革命性的改变，更为环境保护作出了巨大的贡献。
只管废旧电池的回收技能可以在一定程度上缓解废旧电池对环境的污染，但还是提倡我们在日常生活中养成良好的用车习气，延长电池的利用寿命，减少废旧电池的产生，为地球环境贡献一份绿色力量。

参考文献

[1]Yang, T., Luo, D., Zhang, X. et al. Sustainable regeneration of spent cathodes for lithium-ion and post-lithium-ion batteries. Nat Sustain, 2024.

[2]何宏恺,王粤威,陈朝方,等.废旧动力锂电池回收利用技能的进展[J].广州化学, 2014, 39(4):6.

[3]李想,范佳玥,朱欣益.浅析我国动力锂电池回收体系构建[J].家当创新研究, 2023(19):11-13.

[4]Ferrara C , Ruffo R , Quartarone E ,et al.Circular Economy and the Fate of Lithium Batteries: Second Life and Recycling[J].Advanced Energy and Sustainability Research, 2021.

策划制作

出品丨科普中国

作者丨石畅 物理化学博士

监制丨中国科普博览

责编丨一诺

审校丨徐来 林林