近年来，随着锂离子电池在电动汽车和储能领域的广泛使用，锂离子电池的使用量也迅速增加。 提高废旧锂电池的回收利用，实现资源再利用已成为刻不容缓的问题。
12月20日在上海举行的“第七届动力电池应用国际峰会()”上，中国科学院院士程惠明指出，我国废旧锂离子电池回收利用形势不容乐观然而。 目前，废旧锂离子电池常用的回收方法主要有火法和湿法。 这两种方法都是基于破坏阴极材料结构并提取有价值的金属元素。 能源消耗高，经济效益和环境效益有待提高。
对此，程惠明院士提出了直接回收法和闭环回收工艺。 通过直接修复电池正负极材料，可以恢复材料的性能。
程惠明院士在致辞中介绍，到2023年，我国废旧锂离子电池预计将超过50万吨，而全球锂电池回收比例不足5%。 与此同时，我国的锂、钴、镍资源也面临着“卡壳”的风险。 因此，无论是缓解资源短缺，还是实现新能源产业的可持续发展，废旧锂电池的回收利用都极为重要。
近年来，我国废旧锂电池回收产业呈现爆发式增长。 据统计，近年来注册的回收企业已超过1.5万家。 但具备进入工信部白名单等一定资质的企业仅有4批88家。
目前，我国废旧锂离子电池常用的回收方法主要有火法和湿法：火法回收主要采用高温处理，湿法回收主要采用化学试剂处理。 这两种方法都是基于物质结构破坏和重新提取的思想。 ，回收流程长废旧电池的回收和利用，能耗高，排放量高，并产生大量酸、氨、碱废水。 此外，这两种方法都需要额外的试剂，使得成本和排放难以控制； 所得回收产品的应用有限且不太经济。
在这种情况下，程惠明院士及其团队提出了直接回收法和闭环回收工艺。 所谓直接回收法，就是从获取单质转向获取化合物，从间接回收转向直接回收。
具体来说，第一种直接回收方法是在常压下使用低共熔溶剂修复废弃钴酸锂正极材料。 该方法以有机分子为载体，利用其对锂和钴的选择性传输，直接在分子尺度上补充锂和钴，修复失效的正极。
程惠明介绍，这种回收工艺比传统工艺耗时短得多，而且修复过程中不会释放任何有害物质。 利用这种方法，可以将缺陷较多的废弃材料恢复成良好的层状结构。 电化学测试结果表明，修复后的钴酸锂材料的性能与新型钴酸锂材料相比没有变化。 该反应的试剂可以循环利用，能耗和排放量显着降低。
第二种直接回收方法是利用低温熔盐修复高失效三元正极材料。 研究团队研发出共晶点最低的二元锂盐熔盐，其共晶点低至170摄氏度，离子扩散快，可补充锂并修复高失效正极。
失效率较高的三元正极材料表面和内部均存在大量裂纹和孔洞。 但用低温熔盐修复后，阴极颗粒表面光滑，孔洞消失。 修复后的材料容量与新型三元锂材料相当，循环稳定性甚至优于新型三元锂材料。 另外，该方法适用性广，适用于单晶/非单晶三元锂材料、单晶/非单晶钴酸锂以及低镍三元锂材料。
第三种直接回收方法是修复失效的磷酸铁锂正极材料及其氮改性。 失效的磷酸铁锂存在明显的锂空位和锂铁反位缺陷。 研究人员开发了一种多功能溶剂，并添加了锂源，通过水热或短期煅烧同时修复锂空位或锂铁反位点缺陷，从而显着提高其电化学性能并稳定其界面。 性能、倍率性能和高低温性能都有显着提高。
同时，氮掺杂提高了磷酸铁锂的循环稳定性和高倍率特性。
此外，程惠明院士还介绍了闭环回收工艺。 所谓闭环回收流程，就是锂离子电池正负极材料的协同修复。 在正极直接修复的基础上，还考虑了负极石墨的再生。
研究团队发现，废旧电池中含有的锂盐可以补充到正极材料中废旧电池的回收和利用，从而实现闭环回收。
以钴酸锂正极材料为例，由于失效的钴酸锂晶体存在边缘缺陷，使得碳酸锂分子的吸附能力大大增加。 失效的钴酸锂对碳酸盐的分解有一定的催化作用，使得碳酸锂更容易重新进入钴酸锂的层间。
不仅如此，程惠明介绍，通过直接回收方法产生的材料还可以转化到其他应用领域，从而增加电池材料回收的价值。
例如，将镍、钴、锰三元材料转化为催化剂。 研究人员将废三元锂正极材料中的镍锰钴过渡金属溶解到酸溶液中，得到过渡金属前驱体溶液，然后将前驱体溶液分散到活性炭载体上，通过快速的热辐射。 催化剂颗粒。
该催化剂用于锌空气电池。 电化学测试发现，该催化剂表现出优异的电化学性能，包括高放电电压、高放电容量、长循环和高功率密度。 将镍锰钴电催化剂电极组装成柔性锌空气电池。 电池开路电压稳定，可以点亮LED灯，给手机充电。
演讲最后，程惠明院士指出，建立电池回收利用体系是一项系统工程，需要在立法、储运、回收技术、便于回收的电池设计、追溯等方面协同创新。 它需要多学科协作。 跨界，包括材料、机械、信息等领域的协同发展。 未来理想的回收系统应该是电池生命周期追溯、拆解分拣自动化、电池材料直接再生等创新技术的融合。”
