手机废旧锂电池“翻新”记

作者: 刘真真

来源: 科学大院

发布日期: 2024-09-04 07:04:33

本文介绍了锂离子电池在现代社会中的重要性及其面临的回收难题,探讨了现有的回收方法及其局限性,并重点介绍了中国科学院合肥物质院固体所环境与能源纳米材料中心在钴酸锂电池回收方面的最新研究成果,提出了一种新的升级修复策略,为废旧锂离子电池的再利用和环保事业提供了新的思路和技术支持。

从街头疾驰的电动汽车,到人们手中的手机、笔记本电脑,我们的日常生活离不开电池,而锂离子电池是如今当之无愧的明星。锂离子电池依靠锂离子在正极和负极之间的移动来提供电能,具有能量密度高、循环寿命长等突出优点,因此广泛应用于电子产品、电动设备、储能系统等各个领域,已经成为了现代社会的“能量心脏”。

然而,锂离子电池正在面临严峻的回收难题。全世界每年仅从废弃的便携式电子产品中产生的废旧锂离子电池就超过10万吨,但只有不到6%的废旧锂离子电池被回收利用,其余的都当作一般电子垃圾填埋,造成了严重的环境危害和金属资源的浪费。废旧锂离子电池亟需更为高效的回收和利用方法。

目前,废旧锂离子电池常用的回收方法有火法冶金和湿法冶金,以合金、盐、氧化物等形式提取和分离有价值的金属材料。

虽然火法冶金和湿法冶金都可以回收有价金属,但前者只能提取出低纯度的产品,并伴随着巨大的能源消耗和温室气体排放;后者为了保持浸出效率,需要较高的液固比,会产生大量的酸性废水。废水的处理容易造成严重的环境污染,并且在后续处理中需要额外的化学品,增加了湿法冶金的成本和复杂性。因此,所获得的经济效益不足以弥补回收过程产生的高额费用,从而限制了废旧锂离子电池回收在商业中的应用。

与上述方法相比,直接再生策略通过物理、化学或电化学等手段,对废旧锂离子电池中的正极材料进行修复和再生,使其恢复或接近原有的电化学性能,从而能够重新应用于电池生产中。这种方法不需要复杂的分离和提取过程,避免了传统回收方法中的高能耗、高排放和复杂处理步骤,因此有望成为废旧锂离子电池回收的首选方案。

在各类锂离子电池中,钴酸锂电池的回收方法备受瞩目。钴酸锂电池具有较高的体积能量密度,是最早商业化量产的锂离子电池,然而因为含有较高含量的稀有金属钴,制造成本相对昂贵,所以主要用于智能手机、笔记本电脑等便携式电子产品,对它的回收利用也就显得格外重要。

最近,中国科学院合肥物质院固体所环境与能源纳米材料中心的研究人员在钴酸锂电池回收取得重要进展,成功地将废旧钴酸锂电池升级为4.6V高压钴酸锂正极材料。这一成果不仅为废旧电池的再利用开辟了新的途径,而且为锂离子电池行业的绿色、环保、可持续发展提供了重要的技术支撑。

这项研究提出了一种复合表面改性与体相共掺杂相结合的全新升级修复策略,实现了废旧钴酸锂正极材料在高电压下性能的大幅提升。

通过具有离子电导性的Li3PO4和电子导电性的CoP的复合表面涂层的协同作用,并结合Mn和P的共掺杂,有效改善了废旧钴酸锂正极材料的电化学性能。不仅为废旧钴酸锂电池的再利用提供了新的思路,而且为下一代高性能正极材料的开发提供了重要的指导。在未来,我们有望看到更多类似的创新技术,让废旧锂离子电池焕发新的生机,为环保事业贡献更多的力量。

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