不斷增長(zhǎng)的能源需求和環(huán)境的惡化促使人們追求可持續(xù)能源和存儲(chǔ)技術(shù)。作為整合可再生資源和電力運(yùn)輸?shù)目沙潆婋姵卣诮?jīng)歷前所未有的快速發(fā)展。然而，由于電池生產(chǎn)使用一些有毒材料和稀有資源會(huì)造成環(huán)境破壞和資源短缺，因此在開發(fā)電池系統(tǒng)時(shí)必須考慮電池回收。近日，北京理工大學(xué)陳人杰教授從可持續(xù)的角度提供可充電電池回收的系統(tǒng)性概述，提出與電池回收相關(guān)的最先進(jìn)的基礎(chǔ)研究和工業(yè)技術(shù)，特別關(guān)注于鋰離子電池回收?？偨Y(jié)了電池回收的新機(jī)遇，挑戰(zhàn)和未來(lái)前景。對(duì)于電池回收的未來(lái)發(fā)展，建議重新解釋3R策略：重新設(shè)計(jì)，重復(fù)使用和回收利用(原來(lái)的3R策略是：reduce, reuse,recycle;新的3R策略是redesign, reuse,recycle)。目前這項(xiàng)工作已發(fā)表在Chem. Soc. Rev.(IF=40.182)之上。

圖1.(a)2017年世界能源消費(fèi)量;(b，c)2017年和2040中可再生能源占可再生能源的百分比。(d)從1979年到2003年的二氧化碳當(dāng)量濃度和AGGI(等效二氧化碳?xì)夥樟?

2017年世界能源消耗量為586千萬(wàn)億英熱單位(Btu)，可再生能源占13%，據(jù)預(yù)測(cè)到2030年世界能源消費(fèi)總量將增加到663千萬(wàn)億Btu，到2040年增長(zhǎng)到736萬(wàn)億Btu，而化石燃料的不可持續(xù)性意味著可再生能源是轉(zhuǎn)化為電力供應(yīng)是能量需求增長(zhǎng)最快的能源形式，同時(shí)可再生能源的使用也對(duì)減緩溫室效應(yīng)有著極大助推作用。因此，迫切需要先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)最大化實(shí)現(xiàn)可再生能源的使用。

圖2.(a)2010年至2017年各國(guó)電動(dòng)汽車(EV和PHEV)庫(kù)存的演變情況; (b)2010年至2017年按國(guó)家/地區(qū)新增的電動(dòng)汽車(EV和PHEV)注冊(cè);(c)基于IEA(國(guó)際能源機(jī)構(gòu))、工業(yè)預(yù)測(cè)、EIA(能源信息管理局)的觀點(diǎn) 需求和可用的EOL LIB;(d)2010年至2018年5月可充電電池主要金屬的平均價(jià)格;(e)2017年鈷平均價(jià)格的變化。

可充電電池如鋰離子電池和鉛酸，鎳氫和鎳鎘電池對(duì)于電氣化運(yùn)輸和大規(guī)模電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用非常重要，預(yù)計(jì)2025年全球電池市場(chǎng)總規(guī)模將超過(guò)1000億美元。2010年至2025年間，電池年增長(zhǎng)率為10%，這就意味著有大量報(bào)廢的電池等待處理，但廢舊可充電電池含有重金屬元素，如有害的鎳(Ni)，鈷(Co)和Pb。如果處理不當(dāng)，對(duì)人類健康和環(huán)境會(huì)造成重大影響。除此之外有機(jī)酸和強(qiáng)堿/強(qiáng)酸可充電電池的電解質(zhì)也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。而且廢舊電池中的重金屬回收可以極大地緩解資源短缺的問(wèn)題。因此，廢棄可充電電池的回收是非常需要的，從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的角度來(lái)看都是有益的。

對(duì)于鋰離子電池回收過(guò)程的目標(biāo)是將廢電池的組件分成不同的部分，這些部分可以重新引入有用材料的生產(chǎn)中特別是Co，Li和Ni。目前的回收技術(shù)可分為兩大類：基于高溫?zé)峤獾幕鸱ㄒ苯鸷突诘蜏厝芤夯瘜W(xué)反應(yīng)的濕法冶金。由于LIB的多種類型和尺寸以及復(fù)雜的化學(xué)組成使其回收復(fù)雜化。關(guān)于LIB的最佳回收過(guò)程尚未達(dá)成共識(shí)，這兩種回收技術(shù)仍有很大的改進(jìn)空間。除了最有價(jià)值的陰極材料外，現(xiàn)在更多的注意力集中在電池的其他組件上，包括電解質(zhì)和陽(yáng)極。

二次電池的生產(chǎn)每年以高速率增長(zhǎng)，因此迫切需要解決相應(yīng)的廢電池回收問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)高度可持續(xù)的回收利用，需要從源頭轉(zhuǎn)向材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。擬議的“3R和3E”戰(zhàn)略為電池回收提供了新的視角，并指導(dǎo)了該領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展方向。作者在文中涉及了四種經(jīng)典的可充電電池的回收及再利用，并從多個(gè)方面論證了廢舊電池回收再利用的必要性和可行性。

圖3. 四種類型可充電電池的結(jié)構(gòu)和組成以及回收的重要性

圖4. LIB的完整回收過(guò)程和技術(shù)

圖5.(a)在不連續(xù)破碎過(guò)程的不同階段釋放氣體濃度;(b)在破碎過(guò)程中來(lái)自未循環(huán)和循環(huán)電池大量釋放的EMC，DMC和CO2氣體。LIB電池的每個(gè)尺寸部分中金屬組分的質(zhì)量百分比分布：(c)LCO，(d)LFP，(e)混合金屬陰極，和(f)LMO