研究背景
锂离子电池（LIBs）作为当前全球能源转型的重要技术，正推动电动汽车和可再生能源储能需求的迅速增长。尽管锂离子电池凭借其高能量密度得到了广泛应用，但其生产过程中产生的环境影响以及关键资源的短缺问题，使得发展可持续的回收策略变得迫在眉睫。
成果简介
德国莱布尼茨新材料研究所Volker Presser团队在EcoMat期刊上发表题为“Electrochemical recycling of lithium-ion batteries: Advancements and future directions”的综述文章，综述了现有的电池回收技术，包括火法冶金、湿法冶金、直接回收技术，以及生物浸出和电化学分离等新兴方法。作者不仅深入分析了传统回收方法在环境保护和效率提升方面的挑战，还重点阐明了电化学技术在提升选择性、降低能耗及减少二次废物产生中的潜在优势。
通过总结最新的研究进展并对比不同的回收方法，作者指出，电化学回收技术在从废弃锂离子电池中高效回收锂（Li）、镍（Ni）、钴（Co）和锰（Mn）等有价值金属方面具有关键作用，且具有显著的环保优势。文章还进一步探讨了电化学回收的可扩展性、经济可行性以及未来发展方向，并倡导将其整合到全球电池回收体系中，以应对资源枯竭和环境可持续性带来的双重挑战。
图文解析
图1 各种电池回收工艺概述，包括直接回收、湿法冶金回收、火法冶金回收和电化学回收方法。
图2 设计高效回收方法时需考虑的关键参数。
图3 (A) LFP 和 (B) 镍锰钴电池的常规组成（以质量百分比计）。示意图显示了选择性金属回收的不同电化学过程：(C) 电凝机制，(D) 电沉积过程，(E) 电渗析机制，以及(F) 电吸附过程。
图4 (A) 锂在储能应用中的各种关键特性。(B) 2019年至2030年碳酸锂当量（LCE）需求与相应价格的比较（预测）。从废旧电池中回收锂的各种电化学方法概述：(C)用于从 LFP 粉末中回收锂和铁离子的酸辅助电化学设备。(D) LFP正极材料中锂和铁离子浸出过程的流程图。(E) 双极性膜组件的示意图。(D)电渗析过程中使用和不使用二亚乙基三胺五乙酸时，不同黑色物质中的锂回收率比较。(G) 与废锂离子电池的直接电化学浸出方法相关的机制。(H) 锂回收效率作为反应时间和施加电压的函数。
图5 (A) 2022年全球钴开采供应的占比分布。(B) 2020年不同电动汽车（EV）阴极化学材料的市场份额，以及2025年至2050年期间的市场预测。
图6 (A) 通过电沉积回收钴和镍的过程示意图，重点说明了通过协同电解质和界面控制（聚（二烯丙基二甲基氯化铵）[PDAMA]）实现的电势依赖性选择性调节。(B) 液体/固体湿法冶金流程中的摩尔组成阶段，包括废NMC阴极、选择性钴电沉积及阳极剥离的影响、第二次钴选择性电沉积后的富钴电沉积，以及选择性镍电沉积后的富镍电沉积。(C) Ni²⁺对Co²⁺电化学循环吸附的影响（离子浓度：1 mg/L）。(D) pH对去除效果的影响（Co²⁺浓度：1 mg/L，电极面积：1.5 × 2.5 cm，时间：30分钟，施加电位：-0.2 V），以及共存离子对去除效果的影响。
图7 (A) 用于电池回收的电化学电池的图像，该电池专门设计用于通过电解回收锰。(B) 在电解二氧化锰生产过程中进行的测试中，电流密度对阳极电流效率和表面积的影响。
文章信息
Stefanie Arnold, Jean G. A. Ruthes, Choonsoo Kim, Volker Presser,* Electrochemical recycling of lithium-ion batteries: Advancements and future directions, EcoMat. 2024;e12494.
原文链接：https://doi.org/10.1002/eom2.12494
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