【儀表網 研發快訊】廢舊動力電池回收是應對資源短缺和環境污染的關鍵舉措，兼具經濟與社會效益。面對當前回收過程中普遍存在的資源利用率低、酸堿消耗大、工藝流程長以及廣泛使用有毒有害萃取劑等諸多難題，亟需開發更加綠色、經濟的可代替溶劑。近年來，低共熔溶劑(DESs)體系憑借其原料價廉易得、物化性質穩定等優點，被認為是可以替代無機和有機酸的有前途的電池回收浸出劑。然而目前已有的體系主要針對鈷酸鋰二元電池中金屬元素進行回收，對于三元電池正極材料來說，其元素組成更加復雜，所含金屬鎳鈷錳的分離問題是獲得高純金屬產品的關鍵步驟。此外，利用DESs回收電池中的金屬資源尚處于初級階段，且反應動力學時間較長、反應溫度較高。從基礎科學角度來說，金屬與DESs的作用機制及選擇性分離規律等理論仍需要進一步探索；從實際應用方面看，低共熔溶劑在廢舊電池回收領域的普遍適用性尚未開展全面研究和驗證，主要表現在三元或多元電池等領域研究不足，金屬的選擇性回收、高純產品的制備及DESs的經濟可行性是需要攻克的關鍵方向。
為解決上述問題，中國科學院理化技術研究所聞利平研究團隊創建了一種制備簡便、成本低廉且可循環使用的綠色浸出體系并應用于廢舊三元電池正極材料中關鍵金屬資源的分離與回收。該體系可一步法實現富鎳三元電池中鎳元素的優先選擇性沉淀和其他金屬的高效浸出，鋰、鈷、錳浸出效率可達到98%以上，鎳的沉淀效率可達到97%以上，整個選擇性分離過程在100℃的浸出溫度下僅需50 分鐘，最終鎳產品的純度接近99.9%。團隊還應用DFT模擬和同步輻射表征等關鍵技術深入探究了該體系與不同金屬元素結合規律及選擇性分離機理。該技術在實現不同金屬元素高效回收的同時還獲得了四種元素的高純產品，且對于不同類型的三元電池體系具有普適性。相關工作以Short-time and high-performance recovery of critical metal elements from spent ternary lithium-ion batteries by selective synergic coordination effect為題發表在國際學術期刊Advanced Functional Materials上，第一作者為劉天池特別研究助理，通訊作者為聞利平研究員。研究工作得到了國家自然科學基金項目(項目編號：21988102、22122207)及中國科學院青年基礎研究項目(YSBR-039)和中國自然科學基金博士后資助計劃(GZB20240771)資助。
圖1. DES的合成和回收工藝流程圖
圖2. 金屬的選擇性分離機理
圖3. 各元素產品的獲得及純度計算
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