廢舊鋰離子電池的回收利用對(duì)于資源再利用和綠色環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要。濕法冶金以產(chǎn)品純度高、適用性廣而著稱(chēng)，是該領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的首選方法。在廢舊正極的濕法冶金中，通常采用傳統(tǒng)的酸浸或氨浸技術(shù)來(lái)提取有價(jià)金屬。然而，酸和堿的過(guò)量和重復(fù)使用不可避免地給廢物管理、設(shè)備腐蝕和安全規(guī)程帶來(lái)了巨大負(fù)擔(dān)。顯然，我們迫切需要在溫和溶液體系中進(jìn)行有價(jià)金屬浸出，這對(duì)提高電池回收的安全標(biāo)準(zhǔn)和可持續(xù)發(fā)展有重要意義。 近日，中南大學(xué)歐星教授研究團(tuán)隊(duì)鑒于中性pH溶液體系在安全性和環(huán)保性方面的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)創(chuàng)性地提出了一種中性浸出法，從而實(shí)現(xiàn)低成本、無(wú)害化的濕法冶金工藝。該方法依托甘氨酸的配體絡(luò)合反應(yīng)，能夠在中性環(huán)境下高效且綠色地提取有價(jià)金屬。此外，團(tuán)隊(duì)通過(guò)原電池效應(yīng)的固-固還原策略，在短時(shí)間內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)了廢舊正極材料的高效中性浸出，突破了傳統(tǒng)收縮核模型（Shrinking Core Model）的反應(yīng)限制。
該技術(shù)采用甘氨酸配體（Gly）在中性介質(zhì)（pH≈7.0）中構(gòu)建多金屬協(xié)同浸出體系，通過(guò)配位化學(xué)調(diào)控成功實(shí)現(xiàn)了Li、Ni、Co、Mn等有價(jià)金屬元素的綠色溫和提取。同時(shí)，研究揭示了該中性浸出下固-固反應(yīng)受限于鈍化層形成的動(dòng)力學(xué)瓶頸，為破解界面?zhèn)髻|(zhì)限制提供了理論方向。 研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出固-固界面原電池驅(qū)動(dòng)還原新模型，利用正極材料本征的氧化還原特性，通過(guò)原位構(gòu)建的原電池體系（NCM||FeC2O4）實(shí)現(xiàn)金屬氧化物的還原溶解。這一機(jī)制有效突破了傳統(tǒng)濕法冶金中固-液反應(yīng)受限于收縮核模型的動(dòng)力學(xué)障礙，將浸出反應(yīng)時(shí)間縮短至15min以?xún)?nèi)，較常規(guī)工藝提升20倍以上。 綜合分析證實(shí)，該體系在15分鐘內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)Li(99.99%)、Ni(96.86%)、Co(92.35%)、Mn(90.59%)的超快協(xié)同浸出。同時(shí)，該技術(shù)對(duì)廢舊NCM523/NCM622/LCO等層狀氧化物正極均保持大于90%的金屬浸出率，展現(xiàn)普適性?xún)?yōu)勢(shì)。與現(xiàn)有濕法冶金技術(shù)相比，其化學(xué)試劑使用下降50%，浸出工藝縮短反應(yīng)時(shí)間2-10倍。 經(jīng)濟(jì)性分析表明，該體系能耗（14.23 MJ/kg）較酸浸（21.85 MJ/kg）和氨浸（42.65 MJ/kg）反應(yīng)能夠分別降低34.8%和66.6%。EverBatt模型評(píng)估顯示該體系的總成本降低15%，主要源于化學(xué)品消耗減少和前驅(qū)體直接再生的協(xié)同效應(yīng)?？傊梢栽跍p少化學(xué)品消耗和腐蝕性廢水的情況下實(shí)現(xiàn)高效的中性浸出，從而為電池回收提供一條前景廣闊且綠色經(jīng)濟(jì)的途徑。 論文信息 A Green and Efficient Recycling Strategy for Spent Lithium-Ion Batteries in Neutral Solution Environment Zhilong Xu, Long Ye, Yun Yu, Haiqiang Gong, Zhiming Xiao, Dr. Lei Ming, Prof. Bao Zhang, Dr. Zhen Yao, Dr. Jiexi Wang, Dr. Xing Ou Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202414899
