廢舊動(dòng)力電池回收是應(yīng)對(duì)資源短缺和環(huán)境污染的關(guān)鍵舉措，兼具經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。面對(duì)當(dāng)前回收過程中普遍存在的資源利用率低、酸堿消耗大、工藝流程長以及廣泛使用有毒有害萃取劑等諸多難題，亟需開發(fā)更加綠色、經(jīng)濟(jì)的可代替溶劑。近年來，低共熔溶劑(DESs)體系憑借其原料價(jià)廉易得、物化性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是可以替代無機(jī)和有機(jī)酸的有前途的電池回收浸出劑。然而目前已有的體系主要針對(duì)鈷酸鋰二元電池中金屬元素進(jìn)行回收，對(duì)于三元電池正極材料來說，其元素組成更加復(fù)雜，所含金屬鎳鈷錳的分離問題是獲得高純金屬產(chǎn)品的關(guān)鍵步驟。此外，利用DESs回收電池中的金屬資源尚處于初級(jí)階段，且反應(yīng)動(dòng)力學(xué)時(shí)間較長、反應(yīng)溫度較高。從基礎(chǔ)科學(xué)角度來說，金屬與DESs的作用機(jī)制及選擇性分離規(guī)律等理論仍需要進(jìn)一步探索；從實(shí)際應(yīng)用方面看，低共熔溶劑在廢舊電池回收領(lǐng)域的普遍適用性尚未開展全面研究和驗(yàn)證，主要表現(xiàn)在三元或多元電池等領(lǐng)域研究不足，金屬的選擇性回收、高純產(chǎn)品的制備及DESs的經(jīng)濟(jì)可行性是需要攻克的關(guān)鍵方向。
 

　　為解決上述問題，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所聞利平研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一種制備簡便、成本低廉且可循環(huán)使用的綠色浸出體系并應(yīng)用于廢舊三元電池正極材料中關(guān)鍵金屬資源的分離與回收。該體系可一步法實(shí)現(xiàn)富鎳三元電池中鎳元素的優(yōu)先選擇性沉淀和其他金屬的高效浸出，鋰、鈷、錳浸出效率可達(dá)到98%以上，鎳的沉淀效率可達(dá)到97%以上，整個(gè)選擇性分離過程在100℃的浸出溫度下僅需50 分鐘，最終鎳產(chǎn)品的純度接近99.9%。團(tuán)隊(duì)還應(yīng)用DFT模擬和同步輻射表征等關(guān)鍵技術(shù)深入探究了該體系與不同金屬元素結(jié)合規(guī)律及選擇性分離機(jī)理。該技術(shù)在實(shí)現(xiàn)不同金屬元素高效回收的同時(shí)還獲得了四種元素的高純產(chǎn)品，且對(duì)于不同類型的三元電池體系具有普適性。相關(guān)工作以Short-time and high-performance recovery of critical metal elements from spent ternary lithium-ion batteries by selective synergic coordination effect為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Advanced Functional Materials上，第一作者為劉天池特別研究助理，通訊作者為聞利平研究員。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：21988102、22122207)及中國科學(xué)院青年基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(YSBR-039)和中國自然科學(xué)基金博士后資助計(jì)劃(GZB20240771)資助。
 

圖1. DES的合成和回收工藝流程圖
 

圖2. 金屬的選擇性分離機(jī)理
 

圖3. 各元素產(chǎn)品的獲得及純度計(jì)算