变废为宝!东北师大在废旧锂离子电池回收与再利用领域取得重要研究成果

随着社会的发展和清洁能源的开发，作为高效储能装置的锂离子电池正广泛应用于各个领域。然而，锂离子电池的可工作寿命并非无限。随着其性能的失效，定会产生大量的废弃锂电池，如处理不当，将会造成严重的环境污染。因此，针对废旧锂离子电池的回收和再利用这一问题，在国家自然科学基金、学校双一流学科建设经费和科技处中央高校基本科研业务费的资助下，吴兴隆教授小组突破传统废旧锂电池 经济化回收概念的限制，提出将废旧锂电池材料直接再利用于下一代二次电池的新概念，有望变废为宝，使相关废旧材料继续在新型电池体系中发光发热。该类方法，不拘泥于有价金属回收的传统思想，而是更强调将原有废旧电池材料改性再利用，可同时解决新型电池体系的原料来源和废旧锂电池的废料回收问题，是一箭双雕的全新策略。

在该策略的指导下，对于废旧锂离子电池的石墨负极材料，对其进行回收与简单热处理，成功应用于新型的钠/钾离子电池中，表现出了良好的电化学性能。并对储钠/钾过程进行了深入的脱嵌机理分析，首次揭示了其表现出的非整数阶脱嵌钠/钾特性，为类似插层类负极材料的研究和石墨负极在钠/钾离子电池中的应用奠定了基础。相应研究成果以“Staging Na/K-ion de-/intercalation of graphite retrieved from spent Li-ion batteries: in operando X-ray diffraction studies and advanced anode material for Na/K-ion batteries”为题发表于国际顶级学术期刊《Energy & Environmental Science》(2019, 12, 3575-3584)后，也受到了Chemistry World的跟踪采访和报道。论文第一作者为吴兴隆教授指导的硕士研究生梁皓杰。

对于锂离子电池废旧正极材料，通过简单的化学方法，由废旧的锰酸锂氧化物正极出发，设计合成了稳定的磷酸锰铁锂等磷酸盐正极材料，并重新应用于高比能锂离子电池中，表现出了良好的电化学性能。在该工艺过程中，不但有效地再利用了正极上的锂、锰等全部金属元素，还将原本通常以二氧化碳等形式排放而容易引起环境污染的粘结剂和炭黑等废料，转化成了磷酸正极中的碳导电网络，实现了无污染化再利用。相关研究成果以“Effective Recycling of the Whole Cathode in Spent Lithium Ion Batteries: From the Widely Used Oxides to High-Energy/Stable Phosphates”为题发表于《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》(2019, 7,12014)上。论文第一作者为吴兴隆教授指导的硕士研究生杨洋。此外，针对锂离子电池氧化物废旧正极材料，还设计了相应的再利用路线，将其成功应用到了钠离子电池正极和聚合物全固态电池等新型电池体系中(Electrochimica Acta, 2019, 320, 134626和Chemistry-A European Journal, 2019, 25, 8975)。

由于废旧锂电池回收和再利用表现出来的巨大资源、环境和经济效益，在发表论文之前，相应研究成果也申请了一系列发明专利，为将来促进东北师范大学成果应用和转化奠定了基础。