退役电动汽车电池重获新生 加州大学开发环保工艺将废旧电池转化为高性能电池材料

• 盖世汽车讯 据外媒报道，加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）的工程师开发出一种环保工艺，能将废旧磷酸铁锂（LFP）电池中的正极材料升级改造为性能更强的磷酸锰铁锂（LMFP）材料——后者比LFP具有更高的储能能力。这种新型电池回收方法有望将当今电动汽车产生的废旧电池转化为制造未来高性能电池的原材料。

该工艺无需将旧电池分解为原始化学成分再从头制造，而是直接将现有的电池材料转化为更高价值的产品。相关研究结果发表在期刊《焦耳》（Joule）上。

磷酸铁锂（LFP）电池因其安全性和长寿命，被广泛应用于电动汽车和电网级储能系统。此外，由于不含钴或镍等昂贵金属，其成本也低于其他类型的锂离子电池。目前，这类电池已占据全球锂离子电池市场的近半壁江山。然而，随着越来越多的此类电池达到使用寿命，如何高效回收它们已成为一项日益严峻的挑战。

超越传统的回收方式

目前的回收方法通常利用高温或强化学试剂来回收电池成分。该研究的第一作者、加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院（Jacobs School of Engineering）Aiiso Yufeng Li家族化学与纳米工程系教授Zheng Chen实验室的博士后研究员Wei Li表示：“这些工艺并不环保。”Li解释说，这些方法不仅消耗大量能源，还会产生大量的废弃物和排放物。

Zheng Chen的实验室此前曾开发出一种环保方法，能将废旧磷酸铁锂（LFP）材料修复为全新的LFP材料。但该方法仅保留了原有的化学成分。“再生之后，它依然是LFP，”Li说道。

新方法更进一步，将废旧电池材料升级为一种性能更优越的材料——LMFP。“这能为废旧电池提供更具价值的终端用途，”Chen说道。

该工艺首先拆解废旧电池组，并展开其内部结构——由于层层紧密卷绕，这一结构被称为“卷芯”（jelly roll）。材料展开并切割成片后，会被浸泡在水中；通过温和的机械搅拌，正极涂层便能与作为支撑基底的铝箔分离开来。“铝箔也可以单独回收利用，” Li说道。

“它们的结构不相容，”Li说道，“如果直接混合，最终产物的原子分布将不均匀，电化学性能也会变差。”

该团队的策略是制备一种名为磷酸锰锂（LMP）的中间材料。与最初的盐类物质不同，LMP具有与磷酸铁锂（LFP）高度匹配的晶体结构，这使得这两种材料能够相互兼容并进行混合。

为了实现这一转化，首先需要对包含废旧LFP和盐类物质的混合粉末进行机械研磨与混合，将其加工成更细小的颗粒。这一混合过程不仅能使各组分分布均匀，还能促使它们之间实现紧密接触。

随后，将这些粉末进行分离并加热。“激动人心的化学反应正是在这一阶段发生的，”Chen说道。

随着粉末受热，其中的盐类首先反应生成LMP。由于LMP和LFP具有几乎相同的晶体结构，它们能够比原始成分更均匀地结合。

随着加热的持续，锰原子逐渐扩散至整个材料中，并置换掉部分铁原子。这种原子的重新排列使混合物转变为单一、均匀的LMFP结构。

在此过程中，每个颗粒表面还会形成一层薄薄的碳涂层。该涂层不仅能提高导电性，还能在反复充放电循环期间保护材料。

从实验室细胞到更大的格式

其结果是升级回收的电池材料比原来的磷酸铁锂存储更多的能量，同时保持其耐用性和安全性。

研究人员表明，他们的升级回收方法适用于不同制造商的不同类型的废磷酸铁锂电池。它还可以缩放到公斤数量。此外，升级回收材料在实验室纽扣电池和类似于商用电动汽车和储能系统中使用的大型软包电池中均表现可靠。

接下来的工作包括进一步优化工艺效率与产率，以提升其工业应用的可行性。此外，研究人员还将探索如何在升级回收过程中更好地控制形貌与成分，从而进一步提升LMFP产品的性能。