新的“目标修复”方法使老化的电池材料焕发青春

随着电动汽车的普及，对电池回收的需求也随之增长。通常，回收涉及将电池分解为纯化学成分，可以将其重新制成全新的电池材料。但是，如果（至少对于某些电池化学方法而言）那太过分了怎么办？

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的徐盼盼领导的一项新研究表明，磷酸铁锂（LFP）电池的技术截然不同。这不是能量密度最高的锂离子电池，但经济且使用寿命长。 （例如，特斯拉希望依靠这种化学物质来生产短程车辆和网格蓄电池。）它的低成本可以双向削减-减少昂贵的原料就意味着减少来自回收利用的利润。但是振兴锂铁磷酸盐正极材料而又不使其分解和重新开始似乎是可能的。

研究背后的想法依赖于LFP电池容量如何降低的知识。在阴极侧，材料的晶体结构不会随时间变化。取而代之的是，锂离子在电池放电期间越来越无法找到回到晶体中缝隙的方式。铁原子可以移动并取代其位置，从而堵塞锂通道。如果您可以说服铁原子返回其指定的位置并再填充锂原子，那么您的阴极材料实际上就是“和新的一样好”。

为了测试执行此重置操作的方法，研究人员取出了商用电池，对它们进行充电和放电，直到电池失去一半容量。 （将容量减少到80％通常是定义的“寿命终止”标记。）然后，研究人员拆开电池并收获了LFP阴极粉末。

第一步是“再锂化”-将粉末在还包含一些柠檬酸的加热的锂溶液中浸泡数小时。温暖的温度（大约80°C / 175°F）和柠檬酸有助于铁原子返回其晶格中的家，并帮助锂离子弹回原位。

在洗涤并干燥粉末后，该团队测试了用回收材料制成的新阴极。但是，尽管这显示出“像新的”容量，但它却很快退化了。因此，研究人员在此过程中增加了第二步：在更高的温度下对干粉进行退火。

经过几个小时，将再生后的粉末加热到600°C（1,112°F），在此保持一会儿，然后冷却下来。这改善了粉末颗粒中晶体结构的有序性和稳定性，并且经过300次充电后，经过此过程制成的阴极的容量与全新阴极相同。

与常规方法相比，这种“直接回收”过程具有强大的经济优势。研究人员说，它使用的能源减少了80-90％，因此减少了约75％的温室气体排放。对于LFP电池，研究人员估计，湿法冶金工艺（基于溶解材料并将其化学分离）的净损失约为每公斤1.40美元。火法冶金工艺（首先熔化所有东西）甚至更糟，每公斤成本约为2.60美元。但是，研究人员的直接回收过程可以获利，每公斤可产生略高于1美元的收益。

该技术也可能不仅限于LFP电池。研究人员特别提到锂锰氧化物的化学物质。这是在一系列应用中使用的另一种常见锂离子电池。

与任何实验室技术一样，将其规模扩大到商业回收工厂肯定会遇到挑战。但是，如果可以做到的话，这种方法将有助于扩大可经济回收的电池范围，从而减少对开采以提供原始材料的依赖。