理化所在废旧三元锂电池中关键金属资源的高效回收方面取得新进展

  浩博电池网讯：旧动力电池回收是应对资源短缺和环境污染的关键举措，兼具经济与社会效益。面对当前回收过程中普遍存在的资源利用率低、酸碱消耗大、工艺流程长以及广泛使用有毒有害萃取剂等诸多难题，亟需开发更加绿色、经济的可代替溶剂。近年来，低共熔溶剂（DESs）体系凭借其原料价廉易得、物化性质稳定等优点，被认为是可以替代无机和有机酸的有前途的电池回收浸出剂。然而目前已有的体系主要针对钴酸锂二元电池中金属元素进行回收，对于三元电池正极材料来说，其元素组成更加复杂，所含金属镍钴锰的分离问题是获得高纯金属产品的关键步骤。此外，利用DESs回收电池中的金属资源尚处于初级阶段，且反应动力学时间较长、反应温度较高。从基础科学角度来说，金属与DESs的作用机制及选择性分离规律等理论仍需要进一步探索；从实际应用方面看，低共熔溶剂在废旧电池回收领域的普遍适用性尚未开展全面研究和验证，主要表现在三元或多元电池等领域研究不足，金属的选择性回收、高纯产品的制备及DESs的经济可行性是需要攻克的关键方向。

图1. DES的合成和回收工艺流程图

  为解决上述问题，中国科学院理化技术研究所闻利平研究团队创建了一种制备简便、成本低廉且可循环使用的绿色浸出体系并应用于废旧三元电池正极材料中关键金属资源的分离与回收。该体系可一步法实现富镍三元电池中镍元素的优先选择性沉淀和其他金属的高效浸出，锂、钴、锰浸出效率可达到98%以上，镍的沉淀效率可达到97%以上，整个选择性分离过程在100℃的浸出温度下仅需50 分钟，最终镍产品的纯度接近99.9%。

图2. 金属的选择性分离机理

  团队还应用DFT模拟和同步辐射表征等关键技术深入探究了该体系与不同金属元素结合规律及选择性分离机理。该技术在实现不同金属元素高效回收的同时还获得了四种元素的高纯产品，且对于不同类型的三元电池体系具有普适性。

图3. 各元素产品的获得及纯度计算

  相关工作以Short-time and high-performance recovery of critical metal elements from spent ternary lithium-ion batteries by selective synergic coordination effect为题发表在国际学术期刊Advanced Functional Materials上，第一作者为特别研究助理刘天池，通讯作者为闻利平研究员。

  研究工作得到了国家自然科学基金项目（项目编号：21988102、22122207）及中国科学院青年基础研究项目（YSBR-039）和中国自然科学基金博士后资助计划（GZB20240771）资助。

【责任编辑：孟瑾】