中國研究人員開發(fā)出一種簡單、高效、廉價且環(huán)保的廢舊鋰離子電池 (LIB) 可持續(xù)回收工藝。除檸檬酸外，無需添加任何化學品即可浸出并分離 NCM 電池中所含的 99% 以上的鋰、鎳、鈷和錳金屬。所得回收材料可直接轉化為 NCM 電極。

有關這項工作的論文發(fā)表在《應用化學》雜志上。

大多數(shù)回收工藝都存在能耗高、排放量高、回收材料有限或質量低等問題。或者需要大量化學品，工藝復雜且成本高，會產(chǎn)生有毒氣體和廢水。使用檸檬酸等生物相容性酸浸出是這些工藝的替代方法之一。然而，傳統(tǒng)工藝(螯合凝膠工藝)需要大量過量的酸，并且必須不斷用氨水調節(jié) pH 值——工藝復雜且不太環(huán)保。

由周廣民和劉瑞平領導的中國礦業(yè)大學(北京)、福州大學、北京化工大學和深圳清華大學團隊現(xiàn)已開發(fā)出一種基于檸檬酸的新型方法，用于從 NCM 陰極中提取、分離和回收金屬。NCM 是一種含有鎳、鈷和錳的混合氧化物，具有層狀結構。鋰離子被封閉在層間。

與傳統(tǒng)方法中用過量檸檬酸浸出不同，該團隊使用了相對較少的量。因此，檸檬酸中的三個酸基中只有兩個會分離。釋放的質子會破壞鋰-氧鍵，將鋰離子從 NCM 釋放到溶液中。其他金屬離子和氧離子之間的鍵也會斷裂。

鎳、鈷和錳進入溶液，它們被檸檬酸陰離子結合成穩(wěn)定的復合物。然后檸檬酸的第三個酸基與同一分子上的羥基發(fā)生反應。在分子內(nèi)酯化(費歇爾內(nèi)酯化)反應中發(fā)生環(huán)閉合。

這有助于中間體相互反應生成聚酯，聚酯凝固成易于分離的固體顆粒。能耗和二氧化碳排放量明顯低于傳統(tǒng)濕法冶金回收工藝。

隨后加熱凝膠以燒掉有機碎片，形成新的 NCM 層狀結構，其中包含鋰離子，可用作優(yōu)質電極材料。