研究人员开发污染物识别方法 促进锂离子电池回收

据外媒报道，作为高功率个人电子产品、电动汽车和电网规模的主要存储解决方案，锂离子电池继续主导着市场。为了实现未来的清洁能源目标，研究人员必须针对这些电池开发安全和可持续的回收工艺。

（图片来源：NREL）

据罗切斯特理工学院（Rochester Institute of Technology）的研究，到2040年，仅电动汽车用的锂离子电池组，估计就有290万个将达到其使用寿命的尽头，不再以峰值容量运行，也就是所谓的“寿命终结”。美国国家可再生能源实验室（NREL）致力于优化回收过程，以保持锂离子供应链的稳定性；并提高回收材料的完整性，从而缓解在电池处理过程中造成的环境危害。

建立可持续发展的回收产业

为了提高锂离子电池的易用性和可回收性，NREL与阿贡国家实验室（ANL）、橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）和几所大学（美国能源部的锂离子电池回收技术研发中心ReCell Center的成员）达成合作。在此次合作中，NREL在正极再锂化（relithiation）技术、粘结剂去除和回收、黑色物质净化（black mass purification）、供应链分析和热分析技术方面做出了贡献。

为了支持这项研究，NREL和ANL展示了一种识别金属污染物和杂质的新方法。这些物质在现有回收方法中造成了阻碍。高级储能工程师Matt Keyser表示:“此项电池回收研究的重点是直接回收，旨在重新利用增值产品。举例来说，对老化的正极材料进行再锂化和升级循环，以用于未来的电池。但锂电池设计并不是单一的，还有很多工作要做。”

直接回收首先需要粉碎电池，以分离电池组件，而不破坏活性物质的化学结构。由此产生的材料通常称为黑色物质，是电池设计中回收、再生和再利用的理想材料。然而，粉碎过程可能导致金属杂质进入回收电极，所产生的污染物会影响回收电池的性能，这给回收商带来了挑战。

综合的污染物检测方法

为了精准确定这些杂质，研究人员结合电化学分析与等温微量热法，以识别每种金属污染物的“指纹”特征，包括铁、铝、铜、硅和镁。通过这种协同方法，研究人员能够确认所存在的污染物，并评估每种金属杂质对回收电极整体性能的影响。

研究负责人Kae Fink表示：“这种创新方法可以检测到每种污染物的独特信号。因此，研究人员可以区分有问题的元素，如铝或铜；并开发出特定的方法，以达到回收电池材料的纯度标准。”

这些发现揭示了优化直接回收方法的潜力，凸显回收材料中存在严重问题的污染物，为并为去除杂质提供了修复和再纯化策略。此外，这种分析方法适用于实验室以外的环境，为制订行业范围回收材料质量控制指标提供了信息，并将促进升级再造锂离子电池的发展。

关键词： 美国国家可再生能源实验室 阿贡实验室 锂电池回收