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文 章 信 息
锂离子电池回收的挑战
第一作者：马晓途
通讯作者：王岩*
单位：伍斯特理工学院
研 究 背 景
鉴于车辆的持续电气化和废旧 LIB 的大量生产，锂离子电池回收变得至关重要。然而，工业级回收受到多种因素的阻碍，这些因素使得大规模回收同时保持经济可行性变得困难。本篇观点总结了这些挑战并为未来的研究提供了方向，有助于加速回收领域研究与商业化发展。
文 章 简 介
本文中，来自伍斯特理工学院的王岩教授课题组，在国际知名期刊Chem上发表题为“Lithium-ion battery recycling challenges”的协同文章。该协同文章分析了目前回收领域研究和商业化的困境与挑战，并为未来研究提供了方向。
图1. 聚合物电解质的固态电池在不同界面处的不稳定机理，以及降低界面不稳定性的解决方案。
文 章 要 点
要点一：为什么锂离子电池回收至关重要
随着越来越多的车企宣布其完全放弃传统内燃机汽车和完全生产电动汽车的时间表以及20多个国建为了实现碳排放目标而宣布2050年实现汽车电动化或禁止传统内燃机汽车的计划，导致了未来原材料可能发生严重短缺，尤其是锂和钴。
同时由于消费电子产品的锂离子电池的平均寿命为1-3年，电动汽车或储能系统的平均寿命为8-，因此到将产生月20万吨废旧消费电子产品锂电池和88万吨废动力电池。如果不能妥善处理，将对环境造成污染。
同时废旧锂离子电池也可以被视为一种资源，因为其内部材料都是电池级的，因此可以直接将它们引入新的电池生产过程中。据预测与计算，回收的正极材料可以节省锂离子电池总成本的20%以上。
综上所述，LIB 回收在缓解当前和未来供应链问题、防止可能的污染和环境危害以及产生可持续和持续的经济效益方面可以发挥关键作用。这是实现可持续锂电池发展以实现绿色社会的关键难题。
要点二：技术挑战
不断发展的电池技术一直推动着锂离子电池的快速发展，尤其是新的电池材料和电池设计改进，但是不断发展的电池设计和电池材料使得回收锂离子电池更具挑战性。
例如不断发展的电池设计成就了比亚迪刀片电池组的成功，它提高了电池组的空间利用率，并将LFP正极带回了市场，但是新的电池设计给必要的拆卸，分离等预处理技术带来了极大的挑战，是回收经济效益降低。
而正负极材料的不断发展也使得回收过程必须考虑多种材料混合情况下的回收处理，同时还必须将这些材料进行升级转化为对当前电池可用的材料。同时固态电池的主要挑战主要来自于如何将固态电解质与其他材料分离和如何将不同类型的固态电解质分离以及如何安全的处理金属锂负极。
要点三：商业化挑战
商业化挑战来自三个方面，一是扩大，二是经济效益，三是回收材料是否可以达到工业级要求。扩大具有两个方面的含义，一个方面是从实验规模到商业规模。
由于实验室级别的技术相对小规模，简单和纯粹，与工业环境规模大且复杂不匹配，导致技术难以商用。而另一方的含义是规模上的扩大，目前回收的锂离子电池不足5%。导致回收率低的主要挑战是锂离子电池的多样性、复杂性、缺乏监管和非标准化，导致分拣、拆卸和预处理步骤存在障碍，从而降低回收过程的利润并使其经济化不可行。
此外，还存在一系列非技术挑战，例如涉及大规模废锂离子电池收集、运输和储存的物流。所有这些因素都会限制 LIB 回收的规模扩大。经济效益方面的挑战主要源自于电池材料的快速发展。如今的商用回收过程主要依赖于回收锂离子电池中有价值的正极材料的利润，
例如钴。但是为了降低生产成本，生产商们正逐步减少钴的含量，这使得传统的回收模式在经济上更具挑战性。这同时也为研究降低成本和丰富回收商业模式带来了大量的研究机会，例如更好的拆解技术、分类和分离方法、普适的回收方法、电池的工艺、回收设计和标准化。
最后是回收材料的质量问题，由于实验室级别的测试与工业测试相差较大，导致了工业界并不能很好的信任和采用回收材料。因此，除了纽扣电池和单层软包电池之外，还需要在工业级软包电池上进行可靠的测试。
此外，还需要与最先进的原始材料进行并排比较，以提供具有竞争力的基准测试以减轻对利用回收材料的担忧。因此，鼓励与行业合作，帮助大学或实验室了解并满足行业要求是重要的。
文 章 链 接
Li-ion battery recycling challenges
/10.1016/j.chempr..09.013
/science/article/pii/S2451929421004757
通 讯 作 者 简 介
王岩 教授。
王岩教授于底加入美国伍斯特理工学院机械工程系，现为William Smith Foundation Dean 讲座教授。王岩课题组主要研究工作包括锂离子电池正极材料，固态电解质以及固态电池，锂离子电池的制造，设计以及回收，基础电化学。王岩教授在天津大学电化学工程获得的本科以及硕士学位，在加拿大温莎大学获得的博士学位，在美国麻省理工学院做的博士后。主持参与美国DOE、USABC以及NSF等多项基金项目，以第一/通讯作者在Joule, Matter, Chem, Nano Letters, Advanced Energy Materials, Nano Energy, Energy Storage Materials, Green Chemistry等国际期刊上发表论文90余篇，并拥有10多项专利，多项研究成果已经被公司授权。
马晓途 研究员
马晓途现为美国伍斯特理工学院王岩教授组博士后研究员，研究方向包括锂离子电池的回收再利用，正极材料，负极材料和固态电解质的研究。马晓途在在中国吉林大学取得化学学士学位，在新泽西史蒂文斯理工学院获得材料科学与工程硕士学位，在伍斯特理工学院取得博士学位。近年来在Joule，Chem, Nano Energy， Matter，ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Sustainable Chemistry & Engineering等国际期刊上发表署名论文14篇，申请专利4项。
课 题 组 介 绍
王岩课题组主要研究工作包括锂离子电池正极材料，固态电解质以及固态电池，锂离子电池的制造，设计以及回收。课题组已经发表90多篇文章 （Joule, Advanced Energy Materials, Nano Energy, Nano Letters, Energy Storage Materials, Green Chemistry, ACS Applied Materials& Interfaces, Journal of Power Sources 等），以及10多项专利，多项研究成果已经被公司授权。
具体信息请参考以下课题组网站。http://labs.wpi.edu/eel/
课 题 组 招 聘
王岩教授课题组常年接收有志于电池研究的博士以及博士后
