莱斯大学发明两步闪蒸焦耳加热法 可快速、清洁地回收锂离子电池材料

盖世汽车讯 据外媒报道，由James Tour领导的莱斯大学（Rice University）研究团队开发出两步闪蒸焦耳加热-氯化-氧化（FJH-ClO）工艺，可快速从废旧锂离子电池中分离锂和过渡金属。该方法无需酸，节能高效，是传统回收技术的替代方案，这一突破性进展恰逢全球对电动汽车和便携式电子产品电池的激增需求。

图片来源： 莱斯大学

该研究成果发表于期刊《Advanced Materials》期刊，有望彻底改变关键电池材料的回收方式。传统的回收方法通常能耗高、会产生废水，并且经常需要使用腐蚀性化学品。相比之下，FJH-ClO工艺在降低能耗、化学品用量和成本的同时，还能实现锂、钴和石墨的高收率和高纯度。

“我们设FJH-Cl工艺是为了挑战电池回收必须依赖酸浸的传统观念，”T.T. and W.F. Chao化学教授、材料科学与纳米工程教授Tour说道。“FJH-ClO是一种快速、精确提取有价值材料的方法，既不会损坏材料，也不会对环境造成危害。”

快速可控加热

电动汽车和消费电子产品中锂离子电池的快速普及，使得对可持续回收技术的需求日益迫切。现有的回收方法往往成本高昂、效率低下，并且会产生大量废水。

为了应对这些挑战，研究团队开发了一种两步法工艺，利用短暂的加热和空气循环，而非使用强效化学品。首先，电池材料在氯气中短暂加热，使其分解。然后，材料在空气中进行第二次加热，将大部分金属转化为可与锂分离的形式。由于锂不像其他金属那样容易形成氧化物，因此它以氯化物的形式存在，可以很容易地用水提取。

以往的方法需要耗时较长的工艺流程和强酸。然而，FJH-ClO方法利用快速可控的加热和简单的反应，使分离过程更加清洁快捷。

全面回收

测试表明，这项新工艺能够从废旧电池中回收几乎所有有价值的材料，包括锂、钴和石墨，且纯度很高。初步分析表明，即使在小规模生产中，与现有方法相比，该工艺所需的能源也减少了约一半，化学品用量减少了95%，成本也显著降低。

这些成果建立了一种可扩展的、无酸的锂离子电池材料全面回收方法，不仅具有环境和经济优势，还为可持续电池回收树立了新的标准。

“看到一项既科学严谨又实用有效的工艺，令人欣慰，”该研究的第一作者、莱斯大学博士后研究员Shichen Xu表示，“正是这种平衡使得这项工艺能够产生实际应用价值。”

未来展望

该工艺为大规模应用和整合到电池供应链中铺平了道路。它为回收有价值的材料奠定了基础，同时减少了对原生矿产的需求。

由于FJH-ClO工艺已在实验室规模上得到验证，研究人员计划通过其初创公司Flash Metals USA（Metallium Ltd.的一个部门）扩大该工艺的规模。

“这不仅仅是一项实验室实验，”Tour表示，“它为行业如何在不进一步加重地球负担的情况下满足电池材料需求提供了一个蓝图。”