中国科大突破锂电池绿色回收技术，同步实现锂回收与污染物治理

IT之家 2 月 13 日消息，中国科学技术大学化学与材料科学学院陈维教授课题组首次提出了一种基于电化学原理的绿色可持续废弃物回收管理策略，能够同时实现废旧锂离子电池正极材料中的锂资源回收和工业尾气中的氮氧化物污染物的捕获和转化。相关成果已于 1 月 27 日发表在《Nature Sustainability》上。

研究团队巧妙设计了一种无能量消耗的回收方法，利用尾气中二氧化氮（NO2）的电化学还原电位与废旧电池正极材料的电化学氧化电位差，不仅成功回收了废旧电池正极材料中的锂资源，还将二氧化氮转化为高价值的硝酸锂盐。

与此同时，这一过程还能实现大量的能量输出，为锂回收与污染物治理提供了一种高效、环保且具有经济价值的全新解决方案。

具体而言，锂离子将自发地从废旧锂电池正极材料中脱出进入电解液中而另一侧的二氧化氮则会被还原为亚硝酸根，两者结合形成的亚硝酸锂为直接的电化学反应产物，同时产生约 0.38 V 的输出电压。电化学反应产物亚硝酸锂则会被空气中的氧气进一步氧化成为更加稳定的硝酸锂产物。

• NO2捕获： NO2+ e−→ NO2−Eo= 0.88 V vs. RHE (1)

• Li 回收：LiFePO4− e−→ Li++ FePO4Eo= 0.5 V vs. RHE (2)

• 整体结合： LiFePO4+ NO2→ LiNO2+ FePO4输出 = 0.38 V (3)

• LiNO3的产出：2LiNO2+ O2→ 2LiNO3(4)

一箭三雕的化学反应

• 锂回收：锂离子从正极材料（如 LiFePO₄）中自发脱出，进入电解液；

• 污染物转化：二氧化氮被还原为亚硝酸根（NO₂⁻），并与锂离子结合生成亚硝酸锂（LiNO₂）；

• 能量输出：反应过程产生 0.38V 电压，可直接用于驱动系统运行或储存；

• 产物升级：亚硝酸锂进一步氧化为高附加值的硝酸锂（LiNO₃），广泛用于农业和化工领域。

• 与传统回收工艺相比，该技术也展现出了显著优势：

• • 能耗降低 90%：通过无外部能量输入的自主反应，大幅减少碳排放；

  • 污染物协同治理：单次处理可同步解决锂电池废弃与工业尾气污染问题；

  • 经济效益提升：硝酸锂产物价值较传统回收的碳酸锂提高 30% 以上。

  • 研究团队测算显示，该工艺全生命周期成本仅为火法冶金技术的 1/5，且金属回收率超过 98%。

中国科大表示，陈维教授团队此前在锂电池回收领域已取得多项突破，包括开发带电破碎、低温挥发等创新工艺。团队表示，下一步将优化反应器设计，提升能量输出效率，并探索钴、镍等贵金属的同步回收方案。

IT之家附论文地址：
https://www.nature.com/articles/s41893-024-01505-5