废旧锂离子电池里的元素还有价值么？废旧电池回收步骤介绍

莱斯大学材料科学家Pulickel Ajayan实验室使用环保的低共熔溶剂从锂离子电池常用的金属氧化物中提取有价值的元素。研究人员表示，目标是减少使用苛刻的工艺来回收电池并使其远离垃圾填埋场。

由商品氯化胆碱和乙二醇制成的溶剂从粉末化合物中提取了90％以上的钴，从废旧电池中提取的含量较少，但相比目前其他提取技术多了。成果发布在《Nature Energy》上。

电池回收示意图

从拆卸LIB开始，将阴极废料插入DES（低共熔溶剂）中，然后加热并搅拌。通过溶解发生钴和锂离子的提取，并且在该步骤中，当过滤渗滤液时，可以单独回收铝箔，粘合剂和导电碳。然后可以通过沉淀或电沉积回收钴化合物，从而允许再利用这些有价值的材料。

“可再充电电池浪费，特别是来自锂离子电池的电池浪费，将来将成为越来越危险的环境挑战，因为通过它们在电动汽车和其他小配件中的使用对这些电池的需求急剧增加。重要的是回收钴等有限供应的战略金属，这些金属对这些储能设备的性能至关重要。从我们目前的塑料现状中学习的是，现在正是采取全面战略来回收不断增长的电池废弃物的最佳时机。” Pulickel Ajayan表示。

“以前曾尝试使用酸。它们是有效的，但它们具有腐蚀性，不环保。总的来说，回收锂离子电池通常很昂贵并且对工人来说是一种风险。”研究生和主要作者Kimmai Tran说道。

Tran继续补充，其他过程也存在缺陷。火法冶金涉及在极端温度下破碎和混合，有害烟雾需要擦洗。湿法冶金需要腐蚀性化学品，而其他提取金属离子的“绿色”溶剂通常需要额外的试剂或高温工艺才能完全捕获它们。

Tran表示，低共熔溶剂可溶解各种金属氧化物。“它实际上由鸡饲料添加剂和常见的塑料前体制成，当在室温下混合在一起时，形成清澈，相对无毒的溶液，具有有效的溶剂化性质。”

低共熔溶剂是两种或多种化合物的混合物，它们在远低于其每种前体的温度下冻结; 人们可以从简单的固体组合中获得液体。

Kimmai Tran认为，“冷冻和熔点的大幅下降是由于不同化学物质之间形成的氢键。通过选择合适的前体，可以制造具有有趣特性的廉价绿色溶剂。”

当Tran加入时，Rice集团已经在下一代高温超级电容器中测试共晶溶液作为电解质。然而，赖斯研究科学家和共同作者Babu Ganguli说，解决方案是溶解金属氧化物超级电容器; 共晶是从超级电容器的镍中提取离子。

“我们的团队正在讨论这个问题，我们很快意识到我们可以使用被认为是电解液不利因素，这是溶解和回收废旧锂电池的一个优势。”——Babu Ganguli

这成为了Tran的焦点，因为她在不同的温度和时间尺度上测试了金属氧化物上的低共熔溶剂。在使用锂钴氧化物粉末的测试期间，透明溶剂产生宽范围的蓝绿色，表明存在溶解在其中的钴。

在180摄氏度（356华氏度）下，当满足某些条件时，溶剂提取了近90％的锂离子和高达99％的钴离子。

研究人员制造了小型原型电池，并将电池循环300次，然后将电极暴露在相同的条件下。证明溶剂能够溶解钴和锂，同时将金属氧化物与电极中存在的其他化合物分离。

他们发现钴可以通过沉淀或甚至电镀到共晶溶液中回收到钢网，因为后一种方法可能允许重复使用深低共熔溶剂本身。

“我们专注于钴。从资源的角度来看，它是最关键的部分。手机中的电池肯定会有很多电池。锂也是非常有价值的，但钴尤其不仅环境稀缺，而且从社会的角度来看，也难以获得。”莱斯校友Marco Rodrigues，现在是阿贡国家实验室的博士后。

能源部正在加大推进电池回收技术的力度，最近又宣布了一个锂离子电池回收中心。国家科学基金会通过其研究生研究奖学金计划支持该研究。

对于现在热度越来越高的低功耗出行以及环保需求来讲，新能源汽车无疑是比较不错的发展方向。这不光是以行业的高度去对待，即便对于每一位车主而言，同等条件下以更低成本出行也是一个刚性的诉求，虽然还有很多短板，但新能源汽车的进步是可以看见的，但同时，也出现了一个个阻碍新能源推进的短板。

最近媒体有爆料显示，特斯拉的生产又遇到了一个大的难题，那就是电池不足。而电池不足的根源在于生产电池所需要金属出现了短缺，矿产严重不足。同时爆料称特斯拉相关负责人表示，这种短缺现象可能波及全行业，给新能源汽车下一个阶段的发展造成困扰。显然，这已经不是特斯拉一个品牌的事情了，而是新能源汽车全行业将面临的问题，很可能导致新能源起车整体涨价。

新能源汽车当初有多种探索，而如今主流的“新能源汽车”已经代指以电池为动力的汽车了。不管是国外的特斯拉还是国内的比亚迪或者其他品牌，研发生产新能源汽车的一个根本就在于电池。此前国内在电池技术上可能与国外同行有一定差距，如今这种差距正在缩小，国产新能源汽车也开始成为市场宠儿，新能源汽车的发展有了很大进步。

不过现在来看，要说新能源汽车取代传统汽车，似乎还为时尚早。一方面是受到续航里程以及充电网络覆盖的制约，新能源汽车远远达不到燃油汽车的续航能力。另一方面则是现在遇到的新情况，虽然减少了燃油的使用，但电池生产本身要消耗大量的金属，像我们常说的镍氢电池、镍铬电池、锂电池，都需要对应的金属来生产。

这些金属是电池行业的支柱，但产量又有限，遇到需要大规模使用电池的新能源汽车，自然也就遇到瓶颈了。可以说哪里矿石储备丰富，哪里就决定新能源汽车的未来，颇有点漫威宇宙中瓦坎达的感觉。而在新能源汽车领域，这个“瓦坎达”大概就是澳大利亚。

不过对此也不必过于担心，新能源的上一个短板是什么？在国内比较明显的应该就是充电桩部署。这并不是企业或者用户能独立解决的事情，牵扯到了许多方面，也因此成了一个行业问题。好在现在大城市的充电桩逐步普及，消除了新能源汽车发展上的绊脚石。每一个新生事物都会遇到各种各样的问题，最后总有解决的办法，只是难说会不会导致新能源汽车涨价。要知道特斯拉所遇到的电池荒，可就是正在发生的事情，如果波及更多品牌，那就要直接反映在价格上了。

磷酸铁锂（LiFePO 4）

1996年，德克萨斯大学发现磷酸盐可作为再充电锂电池的阴极材料。磷酸锂具有良好的电化学性能和低电阻。这是通过纳米级磷酸盐阴极材料实现的。主要优点是高额定电流和长循环寿命；良好的热稳定性，增强了安全性和对滥用的容忍度。如果长时间保持在高电压下，磷酸锂对全部充电条件的耐受性更强，并且比其他锂离子系统的应力更小。缺点是，较低的3.2V电池标称电压使得比能量低于钴掺杂锂离子电池。对于大多数电池来说，低温会降低性能，升高储存温度会缩短使用寿命，磷酸锂也不例外。磷酸锂具有比其他锂离子电池更高的自放电，这可能会引起老化进而带来均衡问题，虽然可以通过选用高质量的电池或使用先进的电池管理系统来弥补，但这两种方式都增加了电池组的成本。电池寿命对制造过程中的杂质非常敏感，不能承受水分的掺杂，由于水分杂质的存在有些电池最短寿命只有50个循环。