退役動力電池實現低成本高質量正極可“再生”

近日，中國科學院大連化學物理研究所陳忠偉院士團隊在退役動力電池的可持續回收方面取得進展，突破現階段萃取-沉淀-煅燒復雜三步法工藝，基于可持續浸出和共沉淀的再生策略，提出一步法退役鋰離子電池正極高質量再生方案和向下一代動力電池正極材料轉變的新途徑，使正極材料成本分別降低38.3%和73.6%，獲得全新低成本高性能下一代儲能電池，有望加快動力電池先進回收技術的推廣和應用，推動電池回收行業商業化快速發展。相關成果發表在《自然可持續》。

該電池研究示意圖。大連化物所供圖

隨著我國鋰電池出貨量的持續增長，按照動力電池平均使用壽命5至8年計算，我國第一批投入市場的動力電池正在迎來退役期，預計2026年國內鋰電池理論回收規模將達到231.2萬噸，這使得鋰電池回收行業成為了眾人矚目的“藍海市場”。然而，現階段淘汰的動力電池的規格和外形不一，特別是電芯的組分不一，為回收再利用帶來了一定的挑戰。

本工作中，團隊提出低成本高質量的正極直接再生方案，有望推動商業動力電池回收創新發展。團隊利用相對環保的低成本有機酸溶液萃取退役電池正極中的高價元素，同時有效去除對后期再生過程產生不利影響的雜質元素，并利用共沉淀再生工藝，再生得到的三元氧化物正極可逆面容量達到2.73mAh/cm²，其性能超過目前商業三元正極材料。同時，退役動力電池正極可再生為低成本NASICON鈉電正極材料，能夠穩定持續運行1200圈，按照每月充電5次計算，該正極材料可以穩定運行20年。

此外，團隊通過生命周期分析和技術經濟分析證明，使用再生材料組裝1kWh電池組的成本將分別降低21.65和41.67美金每千瓦時，并降低了對人類健康、生態系統質量和資源稀缺性的影響。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41893-024-01351-5