清華團隊合作提出廢舊鋰離子電池正極材料超快直接再生和升級的通用方案
時間:2025-09-08 09:20來源:深圳國際研究生院 作者:子蕊
點擊:
次
鋰離子電池被廣泛應用于諸多領域，但其有限的使用壽命帶來了資源緊張和環境風險等挑戰，因此廢舊鋰離子電池的回收已然成為學術界和產業界關注的焦點。與從廢舊電池中提取關鍵金屬的傳統冶金方法不同，直接回收工藝可以修復受損材料，并通過有效的處理最大限度地運用其價值。然而，現有直接回收方法依賴長時間加熱以實現失效結構的重排。同時，鋰離子電池的性能基準不斷提升，即使廢舊鋰離子電池直接再生能夠恢復其原始性能，往往也會與最新的市場要求存在差距，這兩大問題對直接回收技術的發展與應用提出了全新挑戰。
近日，清華大學深圳國際研究生院周光敏團隊與中國科學院深圳先進技術研究院研究員成會明院士團隊合作，在前期失效電池材料直接修復與升級回收研究的基礎上，利用外場作用構建連續非平衡態修復過程，突破熱力學限制，從而降低了再生過程的整體能壘。他們深入剖析了直接升級回收過程的設計思想，指出其核心是在目標材料和初始材料之間構建可行的直接相變路徑，最終提出了通用性的超快直接修復與升級回收策略。
團隊在前期大量的實驗結果與經驗積累的基礎上，開展了方法學創新，基于焦耳定律通過在修復過程中引入外電場，利用自由電子與原子晶格碰撞在極短時間內釋放能量，從而將修復過程由熱力學主導轉變為動力學主導的過程，克服了現有直接修復穩態反應速率的局限，指數級縮短了修復時長，大幅提高了修復效率及物料與能量利用率，通過秒級超快過程即可完成失效材料的物相重構與性能恢復。
以失效錳酸鋰（LiMn2O4）材料為例，研究構建了連續相轉變的路徑，展示了將其單步超快升級為下一代高性能鋰離子電池正極材料的有效性與通用性。升級產物包括高壓快充型鎳錳酸鋰（LiNi0.5Mn1.5O4）正極材料和高能量密度型無鈷富鋰錳基層狀氧化物（Li1.2Ni0.2Mn0.6O2）正極材料等，從而將整體經濟效益較直接修復提高3~5倍。更重要的是，得益于超快非平衡反應過程，有效調控了鋰離子、過渡金屬離子及空位缺陷的遷移與重排行為，成功在材料中引入元素梯度分布及適量的有益結構缺陷，再生產物的循環穩定性及快速充放性能超越了同類商業正極材料。
圖1.超快直接修復和升級回收策略的設計思路
由于設計思路的突破，相比于傳統的回收方法，該策略具有短流程、高效率、可拓展等一系列優勢，為直接修復方法的發展提供了新的視角與思路。而且團隊在研究中提供了“食譜”級實驗手冊，逐步詳細介紹了廢舊鋰離子電池正極材料直接修復與升級回收的操作流程及實驗細節，可為進入該新興研究領域的跨學科研究人員提供可靠指導，從而促進鋰離子電池的綠色循環與可持續發展。
圖2.超快直接升級回收方法的應用展示與材料性能
圖2.超快直接升級回收方法的應用展示與材料性能
研究成果以“廢舊鋰離子電池正極材料超快直接再生和升級的通用方案”（A universal protocol for ultrafast direct regeneration and upcycling of spent lithium-ion battery cathode materials）為題，于8月18日發表于《自然·協議》（Nature Protocols）。
周光敏、成會明為論文的通訊作者；清華大學深圳國際研究生院2023級博士生季昊鋮與上海交通大學助理研究員王俊雄為論文共同第一作者。研究得到國家自然科學基金委、科技部、廣東省科技廳、深圳市科創局、深圳鵬瑞基金會等的支持。
(責任編輯：子蕊)
文章標簽：
免責聲明：本文僅代表作者個人觀點，與中國電池聯盟無關。其原創性以及文中陳述文字和內容未經本網證實，對本文以及其中全部或者部分內容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實相關內容。
凡本網注明 “來源：XXX（非中國電池聯盟）”的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。
如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的，請在一周內進行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@www.astra-soft.com
凡本網注明 “來源：XXX（非中國電池聯盟）”的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。
如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的，請在一周內進行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@www.astra-soft.com
猜你喜歡
-
中俄科學家合作 成功將鋰離子電池容量提升15%
2018-12-26 13:40 -
豐田合作休斯頓大學 提升鎂離子電池性能
2018-12-25 11:16 -
美國工程師團隊研發快速充電站 10分鐘內將車充滿電
2018-10-18 10:18 -
破解藍綠藻光合作用之謎，用以提升太陽能電池效率
2018-05-27 17:43 -
東華大學等團隊能源存儲材料研究獲新進展
2018-04-11 14:51 -
上海大學團隊發表鋰電池材料研究新成果 大幅提升有機電極儲鋰性能
2018-03-20 10:37 -
上海交大團隊鋰離子電池高容量硅負極研究獲進展
2018-03-20 10:28 -
華盛頓大學團隊展示激光室內無線充電解決方案
2018-03-02 14:06 -
南理工團隊在超級電容器氧化鐵電極材料取得進展
2018-03-01 14:32 -
大連化物所模擬自然光合作用體系光電分解水制氫研究獲進展
2018-02-22 13:59
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
專題
相關新聞
-
中俄科學家合作 成功將鋰離子電池容量提升15%
2018-12-26 13:40 -
豐田合作休斯頓大學 提升鎂離子電池性能
2018-12-25 11:16 -
美國工程師團隊研發快速充電站 10分鐘內將車充滿電
2018-10-18 10:18 -
破解藍綠藻光合作用之謎，用以提升太陽能電池效率
2018-05-27 17:43 -
東華大學等團隊能源存儲材料研究獲新進展
2018-04-11 14:51 -
上海大學團隊發表鋰電池材料研究新成果 大幅提升有機電極儲鋰性能
2018-03-20 10:37 -
上海交大團隊鋰離子電池高容量硅負極研究獲進展
2018-03-20 10:28 -
華盛頓大學團隊展示激光室內無線充電解決方案
2018-03-02 14:06
本月熱點
-
2025 全球動力電池回收產業峰會暨第十三屆退役動力電池回收會議報到通知
2025-08-13 09:26 -
北京充換電展：超充、V2G 與商用車補能重構能源補能新生態
2025-08-13 09:29 -
2026年印度國際電池及電池回收技術市場分析
2025-08-20 09:21 -
中國電池企業強攻歐洲合規戰場：從碳足跡到回收網絡的全鏈條破局，一場會議讓讀懂動力電池會議
2025-08-20 08:32 -
碳酸鋰期貨暴跌 8%：供應預期逆轉下的市場情緒地震
2025-08-22 11:02 -
洞察行業趨勢！楊清雨解析《2025 全球動力電池回收利用白皮書》，拆解政策、市場與技術破局路徑
2025-09-08 08:32 -
本周新能源大事件：技術突破與市場震蕩共振 新能源電池行業本周迎來多維變革
2025-08-24 19:37 -
破解退役電池綠色循環密碼！北辰循環創新技術方案亮相全球峰會，驅動全球低碳轉型
2025-08-19 08:38
微信公眾號