废旧锂电池回收新路径：告别焚烧填埋！直接 / 升级回收技术破解供需危机
2025-08-27 16:55
发布于：辽宁省
随着全球电气化与智能化转型进程的加速，可再生清洁能源的高效利用与存储面临更高要求 。锂离子电池（LIBs）作为目前公认的最优储能技术之一，已被广泛应用于日常生活与工业生产的多个领域。其应用场景主要包括计算机、通信设备、消费电子产品（3C 电子产品）、电网级储能系统以及电动汽车 —— 后者的市场规模正快速扩张。如此广泛的应用场景推动了电池需求的激增。据估算，到 2030 年，全球电池需求量将达到约 2800 吉瓦时（GWh），到 2050 年还将持续增长至 9000 吉瓦时以上。然而，锂离子电池的使用寿命有限，通常为 5 至 8 年，因此在不久的将来，大量锂离子电池将面临更换需求。
但废旧锂离子电池（spent LIBs）的长期储存存在自燃和爆炸的潜在风险，不当处理还会带来严重的安全隐患。焚烧、填埋等传统固体废物处理方式，不可避免地会造成环境污染，包括重金属、有机化合物、氟化物及粉尘的释放。这些污染物会对环境造成长期破坏，并对人类健康构成威胁。更关键的是，锂（Li）、钴（Co）、铜（Cu）等制造锂离子电池不可或缺的关键金属，其供应速度已无法跟上电池需求的快速增长，引发了人们对潜在供需危机的担忧。因此，开发高效、环保的废旧锂离子电池回收技术至关重要。
废旧锂离子电池的回收策略
如图 1 所示，当前已开发的废旧锂离子电池回收技术，可根据目标产物分为“降级回收”“直接回收” 与 “升级回收” 三个递进类别。这种分类方式有效反映了废旧锂离子电池回收技术核心理念的演变与发展。
降级回收是目前工业生产中应用广泛的回收方式。该方法采用成熟的冶金技术，在高温或液相环境下通过化学反应破坏原始电极材料的晶体结构。随后，对材料进行重组并经过一系列操作，最终通过重结晶生成目标产物 —— 该产物通常是具有经济价值的合金或金属盐。这一过程的本质是利用冶金方法，将废旧锂离子电池电极材料重新精炼为生产用原料。其主要技术包括火法回收和湿法回收。尽管这些方法操作相对简便，对设备和原料的要求较低，但存在能耗高、排放量大、流程冗长以及回收率低等缺点。此外，这些工艺还会消耗大量能源、产生温室气体并排放工业废水，与清洁技术理念相悖。这些因素使得废旧锂离子电池回收行业难以充分发挥其在高价值、低碳排放和环境友好方面的潜在优势。
与之相反，直接回收的核心是将废旧锂离子电池电极材料的结构修复至原始状态。该过程能保留电极材料完整的晶体结构，有效解决电极材料在长期使用过程中积累的元素流失、结构损坏和缺陷等问题。通过采用简单高效的处理方法，直接回收可最大限度保留废旧锂离子电池的残余价值。因此，该过程也可称为废旧电极材料的直接再生。这一概念最早由美国阿贡国家实验室的研究人员在世纪之交提出，但直到过去5年，在废旧锂离子电池数量不断增加以及锂离子电池技术持续进步的推动下，才逐渐受到关注。
相较于冶金回收方法，直接回收流程更简单、效率更高。通过简单的分离、预处理和补锂工艺，即可实现废旧电极材料的再生。这种方法在收益、能耗、效率和环境影响等方面均展现出显著优势，被视为下一代电池回收技术。
然而，技术进步的步伐不断加快，锂离子电池行业的性能标准也在持续更新。在技术快速迭代的背景下，即使废旧锂离子电池通过直接再生恢复了原始性能，经过 5-8 年的使用后，其性能往往仍会落后于最新的市场技术要求1-2代。例如，在过去十年中，为充分释放理论容量，LiCoO2等层状正极材料的上限截止电压已从4.3 V 提升至4.6 V。这一新技术标准对材料的稳定性和耐电压性提出了更高要求，仅通过直接回收可能无法满足。此外，随着行业对材料认知的不断深入，单晶富镍正极材料、LiFeₓMn1-xO4材料、高压 LiNiᵧMn2-yO₄尖晶石氧化物正极以及富锂锰基正极等新型材料正获得市场关注，并有望在部分应用场景中取代传统材料。这些变化催生了一个新概念 ——“升级回收” 废旧锂离子电池。这一过程超越了简单的回收范畴，通过提升材料物理性能或将其转化为性能达到甚至超过当代锂离子电池标准的下一代材料，实现更高价值的利用。
关键步骤
1. 废旧电池处理：盐水放电（<1.5V）→拆解→DMC/NMP清洗→NaOH除Al杂质
2. 失效分析：ICP测锂损失、XRD析相结构（单位胞参数）
3. 再生/升级：球磨混合（锂盐+镍源）→烧结/焦耳加热
4. 表征验证：ICP（元素补充）、XRD（相结构）、TEM（晶格缺陷）、EPR（氧空位）
5. 电化学测试：半电池组装→循环（300-500次）、倍率（0.1-15C）性能
性能成果
- 再生LiMn2O4：首圈容量124-125.6 mAh/g，300次循环保持率89.7%
- 升级LiNi0.5Mn1.5O4：15C倍率容量70 mAh/g，500次保持率78.9%
- 升级Li1.2Ni0.2Mn0.6O2：首圈容量268 mAh/g，300次保持率90.1%
优势与意义
成本低：无熔融，试剂用量少（焦耳热锂盐用量减少40%）
效率高：焦耳热耗时仅为固相1/6
普适性：可扩展至Ni-rich、LFP等正极。 返回搜狐，查看更多
