随着全球电动汽车与可再生能源储能市场的迅猛发展，锂离子电池（LIBs）的需求呈现爆发式增长。通常LIBs的使用寿命在5至10年，未来几年将迎来大规模电池退役潮。据预测，到2030年，全球废旧LIBs总量将突破200万吨。若处置不当，这些废旧电池中所含的有害物质将对环境与人体健康构成严重威胁。另一方面，废LIBs中锂、钴、镍、锰等有价金属的含量显然高于天然矿石，高效回收有助于缓解我国对战略金属资源的进口依赖，因此发展绿色、高效的废LIBs回收技术已成为当前迫切需求。
近日，上海大学材料科学与工程学院高彦峰教授团队在《中国科学：技术科学》上发表了题为“废锂电池中有价金属的绿色回收技术研究进展”的综述论文，系统梳理了该领域的最新科研进展与技术路线。论文从预处理、火法冶金、湿法冶金以及直接再生等多个维度，全面分析了各类回收技术的研究现状与发展潜力，并从热力学与动力学角度深入探讨了火法和湿法工艺的关键机制，提出了在保持高回收效率的同时进一步提升环境友好性与经济可行性的优化策略。
图1 废锂电池化学放电方法
论文特别强调了直接再生技术在处理废旧正极材料方面的显著优势。采用深共晶溶剂（DESs）体系，可在温和条件下实现活性物质的高效浸出与结构再生，避免传统方法的高能耗与二次污染问题。文章还从全生命周期评估的角度，对直接再生工艺的经济效益和环境可持续性进行了综合论述。
直接再生是一种基于正极材料失效机制的新型回收策略，旨在通过结构修复与组分调控恢复其电化学性能，同时保持原有化学组成与宏观结构。LIBs的失效多源于循环过程中的晶体结构畸变与活性锂损失，层状结构材料（如LiCoO₂）尤为典型，常见问题包括层间塌陷、相变和金属离子溶出等。直接再生工艺主要包括脱锂、晶格修复和再锂化三个核心步骤，并通过表面包覆等后处理方式进一步提升材料的循环稳定性与电化学性能。目前，该技术已成功应用于LiFePO₄、LiCoO₂及三元材料（NCM）等多种典型正极的再生，修复方法涵盖固相烧结、共晶熔盐锂化、水热法、电化学还原及其他新兴绿色技术，展现出广阔的应用前景。
图2 直接再生废锂离子电池的示意图
本综述系统分析了锂电池正极材料回收的全流程，重点总结了预处理、浸出与提纯阶段的研究进展，并从热力学与动力学角度探讨火法与湿法冶金机制，为发展绿色可持续回收技术提供理论依据。直接再生技术虽可有效回收有价成分，但在可扩展性、选择性和循环性方面仍面临挑战。推动锂电回收体系发展，需统筹成本效益，优化物质-能量-成本流系统分析，研发绿色新工艺如深共晶溶剂（DESs）以替代传统方法，并通过简化步骤、降低能耗和减少试剂使用以实现现有工艺的“减法”优化。直接再生法凭借低能耗、低环境负荷和直接再生的优势，有望成为主流回收技术，但仍需不断改进以适应正极材料性能的提升，确保再生材料达到商业应用水平。
高彦峰教授团队长期致力于先进节能材料与储能技术的研究，近年来围绕钠离子电池、液流电池及锂离子电池的再生与回收关键技术开展系统工作，着力解决高容量储能电池中离子失活、结构衰退等核心问题，为推动绿色低碳能源转型、提升战略金属资源循环利用能力做出了重要贡献。
本次发表于《中国科学：技术科学》的综述论文，由上海大学材料科学与工程学院高彦峰教授担任通讯作者，博士研究生许金妹为第一作者。该研究得到了上海市科技创新行动计划协同创新专项（编号：23xtcx00800）的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1360/SST-2024-0272
