據外媒報道，作為高功率個人電子產品、電動汽車和電網規模的主要存儲解決方案，鋰離子電池繼續主導著市場。為了實現未來的清潔能源目標，研究人員必須針對這些電池開發安全和可持續的回收工藝。

（圖片來源：NREL）

 

       據羅切斯特理工學院（Rochester Institute of Technology）的研究，到2040年，僅電動汽車用的鋰離子電池組，估計就有290萬個將達到其使用壽命的盡頭，不再以峰值容量運行，也就是所謂的“壽命終結”。美國國家可再生能源實驗室（NREL）致力于優化回收過程，以保持鋰離子供應鏈的穩定性；并提高回收材料的完整性，從而緩解在電池處理過程中造成的環境危害。

 

       建立可持續發展的回收產業

 

       為了提高鋰離子電池的易用性和可回收性，NREL與阿貢國家實驗室（ANL）、橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）和幾所大學（美國能源部的鋰離子電池回收技術研發中心ReCell Center的成員）達成合作。在此次合作中，NREL在正極再鋰化（relithiation）技術、粘結劑去除和回收、黑色物質凈化（black mass purification）、供應鏈分析和熱分析技術方面做出了貢獻。

 

       為了支持這項研究，NREL和ANL展示了一種識別金屬污染物和雜質的新方法。這些物質在現有回收方法中造成了阻礙。高級儲能工程師Matt Keyser表示:“此項電池回收研究的重點是直接回收，旨在重新利用增值產品。舉例來說，對老化的正極材料進行再鋰化和升級循環，以用于未來的電池。但鋰電池設計并不是單一的，還有很多工作要做。”

 

       直接回收首先需要粉碎電池，以分離電池組件，而不破壞活性物質的化學結構。由此產生的材料通常稱為黑色物質，是電池設計中回收、再生和再利用的理想材料。然而，粉碎過程可能導致金屬雜質進入回收電極，所產生的污染物會影響回收電池的性能，這給回收商帶來了挑戰。

 

       綜合的污染物檢測方法

 

       為了精準確定這些雜質，研究人員結合電化學分析與等溫微量熱法，以識別每種金屬污染物的“指紋”特征，包括鐵、鋁、銅、硅和鎂。通過這種協同方法，研究人員能夠確認所存在的污染物，并評估每種金屬雜質對回收電極整體性能的影響。

 

       研究負責人Kae Fink表示：“這種創新方法可以檢測到每種污染物的獨特信號。因此，研究人員可以區分有問題的元素，如鋁或銅；并開發出特定的方法，以達到回收電池材料的純度標準。”

 

       這些發現揭示了優化直接回收方法的潛力，凸顯回收材料中存在嚴重問題的污染物，為并為去除雜質提供了修復和再純化策略。此外，這種分析方法適用于實驗室以外的環境，為制訂行業范圍回收材料質量控制指標提供了信息，并將促進升級再造鋰離子電池的發展。