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锂离子电池回收领域的新进展
全球对锂离子电池的需求呈指数级增长，预计将迎来关键的转折点，届时需求甚至可能超过关键电池组件和原材料的供应。
在锂离子电池的推动下，全球电动汽车市场预计到 2027 年将增长至 8580 亿美元。然而，据估计全球仅有 5% 的锂离子电池得到回收。从历史上看，锂离子电池的回收一直受到原材料价格波动、回收工厂匮乏以及缺乏 相关法规的限制。然而，随着回收技术的进步、巨大的增长潜力以及 稀有金属储量有限的现实，回收利用变得更具吸引力，预计到 2030 年市场规模有望达到 130 亿美元。
当前的回收技术
目前，电池回收主要有三种方法（图 1），其中湿法冶金和火法冶金的结合是主流形式。由于成本较低且工艺成熟，关于湿法冶金和火法冶金的研究和专利发表量呈指数级增长（图 2）。湿法冶金利用溶液（主要是水溶液）从电池资源中提取和分离金属。火法冶金则利用高温将电池材料中的金属氧化物转化为金属或金属化合物。直接回收是指将正极材料取出进行再利用或修复。
为何直接回收是最佳方案
直接取出正极材料进行再利用或修复是理想的选择，因为它能以更低的能源、试剂和固定设施成本保持晶体结构的完整。然而，这种方法对人工成本要求较高，且对电池回收的条件阈值要求更严。直到最近，阻碍锂离子电池回收领域的关键挑战仍是电池设计缺乏统一性，以及在湿法和火法工艺中将电池转化为金属原料所需的高昂投入。近期的一篇论文重点介绍了一种能够提供现有回收方法无法获得的有效正极材料的新方法。
一种直接回收的新方法：
近期，Zheng Liang、Guangmin Zhou、Hui-Ming Cheng 及其同事在《美国化学会志》上披露了这样一种技术。他们将碘化锂 (LiI) 和氢氧化锂 (LiOH) 混合成共晶组合，其熔点低于任何单一盐类——低于 200°C。因此，该组合在更易达到的温度下即可变为液态。
虽然由修复材料制造的电池容量未能完全恢复，但通过在 200°C 下用共晶混合物连续加热 3 小时，随后加热至 850°C 持续 2 小时，容量得以恢复。此外，当向共晶混合物中添加 Co2O3 和 MnO2 时，该两步法成功制备出修复后的 NMC523，其特性和晶体结构与新生产的材料相当。
这种方法提供了一种修复锂离子电池正极以恢复其全部功能的方式，同时比生产新材料消耗更少的能源和资源。如果废旧电池材料能以更低的成本恢复全部功能，那么与使用其他高成本技术生产的金属或金属氧化物相比，其销售利润空间将大得多。
挑战
然而，Liang 等人开发的方法并非没有挑战。该工艺要求对电池进行拆解和重组。电池设计和正极成分的复杂性及缺乏统一性是电池回收的普遍障碍。虽然许多不同类型的电池可以通过火法冶金进行处理，但直接回收和湿法冶金工艺需要对不同类型的电池进行分类并进行安全的拆解。为了使直接回收具有实用性，必须在电池上明确标注并编码电池的成分和设计。如果电池设计通用，拆解会更简单，但考虑到锂离子电池应用的多样性，这可能难以实现。
展望未来
锂离子电池行业正面临关键转折点，因为需求可能会超过关键金属的供应，因此回收利用必须在弥合这一供需缺口方面发挥关键作用。资源节约、环境影响和成本效益将成为未来加速创新的核心驱动力。
尽管这项最新研究尚未提供一种可用于商业化的锂离子电池再生和直接回收方案，但它证明了该实践在技术上是可行的。与以往的直接回收方法不同，该方法使用共晶系统而非水热技术。一种商业上可行的直接回收技术将提高锂离子电池组件供应的安全性，助力其作为液体燃料储能替代方案的可持续性，并成为减少人类 CO2 排放、缓解气候变化的关键工具。如需了解更多关于锂离子电池回收的新兴趋势，请参阅我们的最新报告。
