中國科學院成會明：廢舊鋰電池重生與再利用“新途徑”

中國科學院院士成會明表示，在雙碳戰略下，電化學儲能將迅猛發展，預計到2050年將達到數百GW。

　　從電池材料體系來看，目前電化學儲能還是以鋰離子電池為主，而受新能源汽車動力電池快速增長影響，未來鋰離子電池使用量將急劇上升。“隨著使用量的增加，廢舊鋰離子電池的量也將呈現指數級增長，預計到2023年就將突破50萬噸，然而全球來看，目前鋰電池回收比例尚不足5%。”成會明指出，與此同時，鋰離子電池需要的貴金屬資源，尤其是鋰、鈷等，我國資源有限，存在被“卡脖子”風險。

　　在成會明看來，電池回收意義重大：既能緩解鋰電池的資源短缺，確保能源戰略安全，也關乎新能源產業的可持續性發展。需要指出的是，電池回收發展任重道遠，需要材料、環境、機械、信息等多學科交叉，共同推進行業的發展。

　　據成會明介紹，現有的廢舊鋰電池回收方法主要有火法和濕法兩種，這兩種回收方法均基于正極材料結構的破壞與有價金屬元素的提取，而電極材料結構穩定，必須使用較為極端的條件，如高溫、強酸等方法破壞正極材料中的化學鍵，且提取過程冗長。

　　成會明指出，現有回收技術面臨如下挑戰：

　　一、基于結構破壞-再提取思路的濕法、火法回收方法流程長、能耗高。

　　二、回收外加試劑的成本與排放不宜控制。

　　三、回收產物應用具有局限性、經濟性不高。

　　針對當前廢舊鋰電池回收痛點，基于其團隊多年研究，成會明提出了如下回收思路：

　　從獲得單質元素向獲得化合物、間接回收向直接回收的轉變(回收思路直接化);

　　使用外源試劑向內源的轉變(回收流程封閉化);

　　回收產物的功能化、多樣化、高值化(回收產物功能化)。

　　以直接回收法：失效磷酸鐵鋰的直接修復及其氮修飾為例，失效的磷酸鐵鋰中存在明顯的Li+空位和 Fe-Li 反位缺陷(電化學循環過程中屬于Fe位的Fe 遷移到 Li位)，他們團隊開發出多功能溶劑且添加鋰源，通過水熱和短暫煅燒的方式對Li+空位和Fe-Li 反位缺陷進行同步修復。

　　由于長時間循環，失效的磷酸鐵鋰在臨近表面區域出現了磷酸高鐵相(Li+ 空位造成)和Disorder的區域，還有一部磷酸鐵鋰相(提供殘余容量)。

　　修復后磷酸鐵鋰形成結構均一，元素分布均勻的磷酸鐵鋰相。對FePO4和Disorder 區域進行了有效修復。

　　在對失效磷酸鐵鋰修復的同時，對磷酸鐵鋰實現了氮摻雜。這對磷酸鐵鋰的電化學性能有極其重要的作用。

　　修復后的磷酸鐵鋰恢復到商業磷酸鐵鋰的容量，極化明顯減少，界面穩定性、倍率性能和高低溫性能得到了極大的改善;由于N摻雜，因此修復后的磷酸鐵鋰展現出比商業磷酸鐵鋰更優異的循環穩定性;修復后的磷酸鐵鋰在高倍率下(5C，10C) 仍具有優異的循環穩定性。

　　演講中，成會明院士還詳細介紹了回收流程封閉化和回收產物功能化的研究和應用情況。

　　最后，成會明指出，建立電池回收與利用體系是一個系統工程，需要立法、儲運、回收技術、便于回收的電池設計、可溯源性多方面的協同創新，需要多學科交叉，包括材料、機械、信息等領域的協同發展，“未來理想的回收體系，應該是電池全生命周期可溯源、拆解分選自動化、電池材料直接再生等創新技術的集成。”

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