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3月24-25日，2023第三屆先進(jìn)電池材料集群產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇在深圳開幕。

在本次論壇上，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院先進(jìn)技術(shù)研究院碳中和技術(shù)研究所所長、深圳理工大學(xué)(籌)材料與能源學(xué)院名譽(yù)院長成會(huì)明作《鋰離子電池材料的修復(fù)與再利用》主旨報(bào)告。

成會(huì)明表示，“要實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)，我認(rèn)為要做好六個(gè)方面：能源生產(chǎn)低碳化、能源使用電氣化、工業(yè)過程氫能化，還有二氧化碳資源化、資源利用循環(huán)化、能源網(wǎng)絡(luò)智能化。”

(資料圖片僅供參考)

“從化石能源過渡到可再生能源，儲(chǔ)能技術(shù)是必不可少的，我們今天重點(diǎn)談?wù)勲娀瘜W(xué)儲(chǔ)能?！背蓵?huì)明談到。

根據(jù)國家電網(wǎng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院數(shù)據(jù)，到2030年，新型儲(chǔ)能(不含儲(chǔ)蓄)將達(dá)到100GW，2060年達(dá)到350GW，平均儲(chǔ)能時(shí)長2小時(shí)?！半娀瘜W(xué)儲(chǔ)能未來增長量非常大，可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們現(xiàn)在動(dòng)力電池的規(guī)模?！背蓵?huì)明表示。

成會(huì)明談到，鋰電池是目前商業(yè)化最成功的一類電池，儲(chǔ)能規(guī)模比較小、電動(dòng)汽車占比較大、消費(fèi)類電池基本保持穩(wěn)定。電動(dòng)汽車于10多年前開始大規(guī)模應(yīng)用，現(xiàn)在陸續(xù)會(huì)有很多電動(dòng)汽車報(bào)廢，因此帶來了很多廢舊電池，而從全球范圍來看，實(shí)際上廢棄電池的回收量是非常低的。

與此同時(shí)，鋰離子電池中存有貴金屬資源，尤其是鋰、鈷、鎳等，中國資源有限，存在被“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)。2020年全球鋰資源儲(chǔ)量約為2100萬噸貴金屬當(dāng)量，中國占全世界的5.88%左右。其他的資源分布也不均勻，中國探明儲(chǔ)量占比較低。

因此廢舊鋰電池的回收極為重要，既能緩解鋰電池的資源問題，確保能源戰(zhàn)略安全，也關(guān)乎新能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

目前廢舊鋰電池的常用回收方法主要有兩種：一種是火法回收，一種是濕法回收?；鸱ɑ厥罩饕遣捎梅烹姴鸾?，然后進(jìn)行高溫處理，而濕法回收主要是采用化學(xué)試劑處理，金屬提煉，變成氧化物?！斑@兩種方法前者高能耗、高排放，后者污染比較大，總體來說流程較長。”

現(xiàn)有的回收方法均基于正極材料結(jié)構(gòu)的破壞與有價(jià)金屬元素的提取，而電極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，必須使用較為極端的條件，如高溫、強(qiáng)酸等方法破壞正極材料中的化學(xué)鍵，且提取過程冗長。

成會(huì)明總結(jié)，現(xiàn)有回收技術(shù)面臨如下挑戰(zhàn)：基于結(jié)構(gòu)破壞-再提取思路的濕法、火法回收方法流程長、能耗高；回收外加試劑的成本與排放不宜控制；回收產(chǎn)物應(yīng)用具有局限性、經(jīng)濟(jì)性不高。

那有沒有更好的辦法呢？“省去中間環(huán)節(jié)，直接合成元素，元素變成材料，從間接回收向直接回收轉(zhuǎn)變，這是我們的一個(gè)思路?！?/p>

成會(huì)明談到，“我們提出了以下的解決方法：包括回收思路直接化、回收流程封閉化、回收產(chǎn)物功能化。具體來說，分別為從單質(zhì)元素向獲得化合物、間接回收向直接回收轉(zhuǎn)變；使用外源試劑向內(nèi)源試劑轉(zhuǎn)變；回收產(chǎn)物具有功能化，多樣化，高附加值化。”

成會(huì)明基于上述三個(gè)解決思路陸續(xù)開展了此方面的研究。其中包括固相燒結(jié)、水熱反應(yīng)、溶劑修復(fù)、電化學(xué)嵌鋰、熔融鹽修復(fù)；試劑循環(huán)再用、電池中殘鋰的回收、石墨的回收利用、集流體的回收利用、排放物的處理處置；以及修復(fù)正極材料的功能化、正極材料合金化，用作催化劑以及負(fù)極、集流體的轉(zhuǎn)化。

會(huì)上，成會(huì)明為觀眾講解其在電池回收方面的直接回收方法以及回收產(chǎn)物功能化方面的研究。

他呼吁，建立電池回收與利用體系是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要立法、儲(chǔ)運(yùn)、回收技術(shù)，便于回收的電池設(shè)計(jì)、可溯源性多方面的協(xié)同創(chuàng)新，需要多學(xué)科交叉，包括材料、機(jī)械、信息等領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展。

理想的回收體系，應(yīng)該是電池全生命周期可溯源、拆解分選自動(dòng)化、電池材料直接再生等創(chuàng)新技術(shù)的集成。

廢舊鋰電池材料直接回收具有必要性，它也有利于資源的循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)。修復(fù)過后的材料又可以再用于鋰離子電池，實(shí)現(xiàn)有效利用資源，降低電池成本。最后，還可以將回收材料轉(zhuǎn)化應(yīng)用到其他領(lǐng)域，拓展電池回收的經(jīng)濟(jì)性。