我所开发出退役动力电池低成本高质量正极再生新策略

近日，我所能源催化转化全国重点实验室动力电池与系统研究部（DNL2900）陈忠伟院士团队在退役动力电池的可持续回收方面取得进展，突破现阶段萃取-沉淀-煅烧复杂三步法工艺，基于可持续浸出和共沉淀的再生策略，提出一步法退役锂离子电池正极高质量再生方案和向下一代动力电池正极材料转变的新途径，使正极材料成本分别降低38.3%和73.6%，获得全新低成本高性能下一代储能电池，有望加快动力电池先进回收技术的推广和应用，推动电池回收行业商业化快速发展。

随着我国锂电池出货量的持续增长，按照动力电池平均使用寿命5至8年计算，我国第一批投入市场的动力电池正在迎来退役期，预计2026年国内锂电池理论回收规模将达到231.2万吨，这使得锂电池回收行业成为了众人瞩目的“蓝海市场”。然而，现阶段淘汰的动力电池的规格和外形不一，特别是电芯的组分不一，为回收再利用带来了一定的挑战。

近年来，陈忠伟团队一直致力于退役动力电池正极/负极回收策略的设计和下一代正极材料的研发。在前期工作的基础上，本工作提出低成本高质量的正极直接再生方案，有望推动商业动力电池回收创新发展。团队提出利用相对环保的低成本有机酸溶液萃取退役电池正极中的高价元素，同时有效去除对后期再生过程产生不利影响的杂质元素。团队利用共沉淀再生工艺，再生得到的三元氧化物正极可逆面容量达到2.73mAh/cm2，其性能超过目前商业三元正极材料。同时，退役动力电池正极可再生为低成本NASICON钠电正极材料，能够稳定持续运行1200圈，按照每月充电5次计算，该正极材料可以稳定运行20年。此外，团队通过生命周期分析和技术经济分析证明，使用再生材料组装1kWh电池组的成本将分别降低21.65和41.67美金每千瓦时，并降低了对人类健康、生态系统质量和资源稀缺性的影响。

相关研究成果以“Sustainable regeneration of spent cathodes for lithium-ion and post-lithium-ion batteries”为题，于近日发表在《自然可持续》（Nature Sustainability）上。该工作共同通讯作者为我所DNL2900组张永光研究员，第一作者为我所访问学者杨庭舟。上述工作得到了中国科学院B类先导专项“能源电催化的动态解析与智能设计”、 辽宁滨海实验室、大连市科技创新人才支持计划等项目的资助。（文/史鑫 图/杨庭舟）

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41893-024-01351-5