美国康奈尔大学科研团队日前宣布，他们开发出一种全新的电化学浴处理工艺，可在不破坏电池结构的前提下，让报废锂离子电池电极“焕然一新”，将其容量恢复至原始水平的约95%，并有望将电池回收成本削减约56%。这一成果已发表在《能源与环境科学》期刊上，被视为推动锂电池循环利用和降低环境负担的潜在关键技术。
传统锂电池回收通常需要对整块电池进行物理破碎，再通过高温冶金或湿法冶金等复杂、耗能的工艺提取其中的锂、镍、钴、锰等关键金属，用于制造新的电极。在这一过程中，电池包需要先完全放电，拆除包括结构件和管理系统在内的大量辅件，然后将包含电极、电解液和隔膜的电芯机械粉碎。粉碎后形成的混合颗粒需经过多轮分选，去除塑料和金属片，只留下被称为“黑粉”的混合物，再进入高温熔炼或化学浸出环节提纯金属。这一模式不仅流程冗长、能耗和成本高，还会产生一定的空气污染和水资源消耗。
康奈尔大学团队指出，在多数电动汽车和储能系统中，导致锂电池退役的主要原因，并不是电极本体被物理破坏，而是电极表面固体电解质界面（SEI）层过度生长。SEI是一层在电极表面自然生成的薄膜，对电池正常工作是必要的，但在经历数百甚至上千次充放电后，这一层会不断变厚，导致阻抗升高、容量下降。大量退役电池的电极骨架仍保持完好，仅仅被厚厚的SEI层覆盖，其中仍含有锂、镍、钴、锰、铜和铝等关键材料。
针对这一现象，科研团队提出了“直接电极到电极再生”（Direct Electrode-to-Electrode Regeneration，简称DEER）新工艺。在该过程中，废旧电池不再被整体粉碎，而是被打开后完整取出电极，并固定在集流体上。随后，这些电极被浸入一种含有1，3-二甲基-2-亚咪唑烷酮的电化学溶液中，让溶液选择性溶解过厚的SEI层，同时保留电极本体结构。溶解完成后，电极表面只剩一层薄薄的氟化锂膜，有助于稳定界面并抑制后续SEI的过度生长。经此“泡澡再生”处理后的电极，可直接装配到新的电池中重新使用。
实验结果显示，经DEER工艺再生的锂电池可恢复至约95%的原始容量，并在循环寿命方面表现出更好的稳定性。项目负责人、康奈尔大学化学工程系教授Vibha Kalra表示，这一方法无需将电极粉碎成粉末再重新制备，而是对现有电极进行“原位修复”，大幅缩短了电池材料的循环利用路径。团队利用与美国能源部阿贡国家实验室ReCell中心合作开发的开源软件，对该工艺进行了技术经济和环境影响评估。分析结果表明，相较传统回收路线，DEER可将再生电芯制造成本降低约56%，并减少有害空气污染物排放以及工艺用水量，同时降低新电极生产的制造成本。
研究人员进一步测试了多次再生的可行性：在一块经DEER再生后再次服役并出现容量衰减的“第二寿命”电池上，团队重复采用同一工艺进行再生。结果显示，该“第三寿命”电池在第二次再生后仍可保持约90%的原始容量，表明这一电化学浴方法具备多周期修复的潜力。目前实验主要针对由SEI层生长导致的性能退化，下一步研究将扩展到锂损失等其他类型的电池老化机理。
Kalra介绍，当前进入试验的废旧电池健康状态约为70%至80%，这与电动汽车应用场景中的退役电池状况相当。如果后续能够针对更多退化机理进行修复，该技术有望进一步扩大可再生电池的健康状态范围。团队也已将应用目标拓展至工业级电池及其他大型锂离子储能系统，希望在更大规模的能源基础设施中推广这一再生工艺。康奈尔大学方面认为，电化学浴再生技术有望成为锂电池循环经济中的关键一环，在提升资源利用效率的同时，减少回收体系对环境的压力。