美国研究员开发环保方法 可降低锂离子电池回收成本

据外媒报道，加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）的纳米工程师开发出一种新工艺，可以使废旧正极材料恢复至完好状态，更加经济有效地回收锂离子电池。比起目前的方法，该工艺采用更加环保的化学物质，可将能耗降低80-90%，并使温室气体排放量减少约75%。

（图片来源：ucsd）

这一工艺特别适用于由磷酸铁锂(LFP)制成的正极。LFP电池使用寿命更长，更安全，并且因为不使用钴或镍等昂贵金属，与其他锂离子电池相比，制造成本更低，因此，被广泛应用于电动工具、电动公共汽车和能源电网，同时也是特斯拉Model 3的首选电池。该校纳米工程教授Zheng Chen表示：“考虑到这些优势，LFP电池在市场上将比其他锂离子电池更具竞争优势。但是，类似于塑料回收，这些材料本身很便宜，回收成本却很高。”

研究团队开发新的低成本回收工艺，可在低温(60至80摄氏度)和环境压力下完成操作，并且耗电量更少。此外，所使用的化学物质，如锂盐、氮气、水和柠檬酸，成本低廉且无害。研究人员Panpan Xu表示：“整个回收过程非常安全，不需要任何特殊的安全措施或设备，因此可以大幅降低回收成本。”

研究人员首先运行商用LFP电池，使其失去一半的储能能力；然后，将电池拆开，收集正极材料粉末，并将其浸泡在含有锂盐和柠檬酸的溶液中；接着，用水冲洗溶液，烘干粉末并加热；最后，将这些粉末制成新的正极，并在纽扣电池和软包电池中进行测试。结果发现，其电化学性能、化学组成和结构可完全恢复到起初状态。

在电池运行过程中，正极发生的两类结构变化，会导致其性能下降。首先是锂离子流失使正极结构中产生空位；再是当铁和锂离子在晶体结构中交换位置时，锂离子容易被困住，无法继续在电池中循环。该工艺通过补充锂离子来恢复正极结构，使铁和锂离子更易于回到原来位置。后者是通过柠檬酸完成的，柠檬酸可以起到还原剂的作用，将电子转移到铁离子上，使它们不带正电荷，从而将电子排斥力降至最低，让铁离子更易回到晶体结构中的原始位置，并释放锂离子，使其回到循环中。

研究人员表示，这一回收过程的总体能源成本较低。但是，从物流方面考虑，如果要大量收集、运输和处理电池材料，还需要进一步研究。