直接正極再生實現(xiàn)廢鋰離子電池的未來閉環(huán)回收

背景介紹

即使受到新冠肺炎疫情和芯片短缺的影響，基于鋰離子電池（LIB）的電動汽車全球銷量仍超過550萬輛，占全球汽車銷量的10%以上。預(yù)計LIBs的全球市場將以14.6%的復(fù)合年增長率增長，到2026年將達(dá)到近920億美元的規(guī)模。因此，未來十年，由于天然供應(yīng)有限、冶金產(chǎn)能低下以及俄烏戰(zhàn)爭，鋰（Li）、鈷（Co）和鎳（Ni）的供應(yīng)面臨巨大壓力。現(xiàn)在的重點是考慮現(xiàn)有制造商如何以更低的成本提高產(chǎn)量，以及如何在即將到來的繁榮中有效回收使用壽命終止的鋰離子電池。

可持續(xù)發(fā)展要求報廢的鋰離子電池不應(yīng)處于其生命周期的末尾?；厥諏τ谔岣咪囯x子電池的可持續(xù)性、緩解對原材料可用性和全球供應(yīng)鏈危機的擔(dān)憂，以及由此產(chǎn)生的價格波動至關(guān)重要。預(yù)計到2030年，全球鋰離子電池回收市場將達(dá)到181億美元，以8.2%的復(fù)合年增長率增長。在電動汽車的制造過程中，電池生產(chǎn)過程占二氧化碳排放總量的40%以上，尤其是正極材料的生產(chǎn)。使用廢鋰離子電池中的回收材料可以將材料生產(chǎn)中的總能源需求減少48%。最近，火法冶金、濕法冶金和直接再生工藝，加上拆卸、篩選、預(yù)處理、分離、純化和燃燒，是目前和擬議但尚未證明的商業(yè)規(guī)模LIB回收工藝路線的主要部分。

具體而言，火法冶金回收僅覆蓋價值低得多的金屬，并且由于高能耗、高運營成本和有害煙霧的增加而被認(rèn)為是不利的。傳統(tǒng)的濕法冶金回收通常需要添加不同的添加劑、堿和其他化學(xué)物質(zhì)的復(fù)雜過程來獲得高純度的原料，同時會產(chǎn)生不同的廢水，導(dǎo)致更惡劣的環(huán)境影響。與其他回收方法相比，直接正極再生在恢復(fù)性能、減少碳排放和緩解新材料短缺方面具有巨大價值。盡管直接正極回收仍處于實驗室規(guī)模，但預(yù)期的生產(chǎn)線和設(shè)備可以使用正極制造商現(xiàn)有的生產(chǎn)線，因此可以輕松實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化，回收效率高。

成果簡介

近日，加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉院士團(tuán)隊從商業(yè)制造的角度概述了廢正極材料的直接再生方法，并將直接再生工藝與典型的正極生產(chǎn)工藝進(jìn)行了比較，以突出技術(shù)挑戰(zhàn)、現(xiàn)狀、供應(yīng)鏈、碳足跡，以及直接回收的可能解決方案。從而提出了重建破產(chǎn)的正極制造商進(jìn)行正極再生的想法，以避免重復(fù)建設(shè)并降低成本。此外，還考慮了直接正極再生方法的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和政治影響，從中討論了直接回收是否有利可圖和可持續(xù)，是否可以形成從廢鋰離子電池到全新鋰離子電池的閉環(huán)。

圖文導(dǎo)讀

【圖1】鋰離子電池回收的必要性。(a) 根據(jù)比亞迪全球鋰離子電池數(shù)據(jù)庫和鋰離子電池有限的五年服務(wù)期，預(yù)計未來七年鋰離子電池的報廢容量; (b) LIBs不同成分的碳足跡和能源消耗比率。

【圖2】不同正極的比較。正極材料具有不同的晶體結(jié)構(gòu)和電池化學(xué)成分，在回收過程中應(yīng)妥善處理。1月份最新的LIB回收價格來自當(dāng)?shù)鼗厥丈?，具有巨大的利潤潛力?/strong>