据科技媒体Gigazine当地时间10日报道,美国Cornell University研究团队开发出一项退役锂离子电池电极直接再生技术,无需经过高温熔炼或粉碎提炼等传统回收流程,即可恢复电极性能。研究团队预计,采用该技术后,电芯容量最高可恢复至初始水平的95%,再生电池制造成本也有望下降一半以上。
这项技术的关键不在于把废旧电池重新拆解回原材料,而是直接对电极进行修复和再利用。研究团队将其命名为“电极到电极直接再生”(DEER,Direct Electrode-to-Electrode Regeneration)。
目前,锂离子电池回收通常依赖高温熔炼或机械粉碎,再通过化学处理提取锂、镍、钴等金属。虽然这一路径能够回收关键矿物,但电极原有结构会被完全破坏,若要再次用于电池制造,还需经过精炼和重新加工,成本和能耗都较高。
与传统路线不同,DEER工艺是在将退役电池中的电极分离后,在其仍附着于金属集流体的状态下直接进行修复。研究团队表示,这种做法可以省去电极制造过程中的大量环节,从而显著压缩成本并降低能耗。
研究人员认为,电池性能衰退的一个重要原因,是电极表面形成并不断增厚的SEI(Solid Electrolyte Interphase,固态电解质界面膜)。该薄膜会在反复充放电过程中逐渐堆积,进而阻碍锂离子迁移,导致电池容量和输出性能下降。
为此,团队采用DMI(1,3-二甲基-2-咪唑烷酮)溶剂去除老化电极表面的SEI膜,并在此基础上通过后续处理恢复电极活性,使其重新具备使用价值。
实验结果显示,经DEER工艺处理后制成的再生电芯,容量最高可恢复至初始容量的95%,并在循环测试中保持较为稳定的性能表现。
在经济性方面,研究团队测算称,与传统回收工艺相比,该技术可使再生电池制造成本最高降低56%。
不过,这项技术并不适用于所有退役电池。研究对象主要是健康度(State of Health,SOH)约70%至80%的电动汽车退役电池,这也意味着,对于损伤严重的电池,该工艺尚无法将其恢复到接近新电池的水平。
研究团队表示,下一阶段仍需验证该技术在产业化规模下的可行性,并进一步开发针对锂损失等其他衰退机理的应对方案。
从行业角度看,这项研究为退役电池回收提供了一条不同于传统“拆解—提炼—再制造”路线的新思路,即尽可能保留部件形态,直接修复并再次利用。若后续能够实现规模化应用,电动汽车电池再利用市场的经济性有望明显改善。
研究团队认为,相较于将退役电池拆解回材料后再重建的模式,以部件级修复实现再利用的回收路径,距离实际应用又更近了一步。