退役电池逆天改！中镍直接变高镍，北理工技术让锂电成本大降？

若该技术实现产业化，锂电池成本有望大幅降低。

NCM即三元锂电池，其名称后的三个数字分别代表镍、钴、锰三种元素的比例。

镍含量的高低直接决定三元锂电池的能量密度，因为镍的价态丰富，对锂离子的存储能力较强。因此，锂电池行业从NCM111、523、612逐步升级到811，甚至镍含量高达90%的9系产品。

当前，高镍三元锂电池（如8系、9系）正快速普及，但早期生产的电池多以中镍为主，其中NCM523正面临退役高峰。这些退役电池的正极材料必须回收再利用，避免资源浪费。

目前行业主要有两大类回收技术：直接再生和湿法循环。

此外还有火法循环，其原理与湿法类似，但能耗和排放较高，正逐步被淘汰。直接再生是一种非破坏性修复技术，主要通过补锂恢复退役正极材料的健康度，常用工艺包括固相烧结、水热补理等。但该过程未添加镍元素，能量密度无法提升，且由于原始材料长期使用后存在大量缺陷，修复后的能量水平难以追平原始状态，只能无限接近。尽管直接再生流程短、成本低，但因最终产物仍为中镍材料，经济性一般。

湿法循环则是破坏性回收，将退役正极材料（黑粉）酸浸后，萃取出镍、钴、锰、锂等金属盐，再制备成三元前驱体，经煅烧得到全新正极。该方法成分比例可控且精准，但流程长、能耗和水耗大，成本高昂。退役正极本就是锂电生产的产物，回炉重造相当于重复生产流程，造成浪费。

能否在原始正极材料上直接修复升级为高性能正极？北京理工大学的研究成果给出了肯定答案，其核心是一种全新的固相法工艺，依靠双向晶格锚定技术实现这一突破。

具体而言，退役三元锂材料需完成两项关键任务：一是补充锂元素，因长期服役导致锂离子大量损失；二是增加镍元素，提升储能水平。这样，回收的中镍材料可转化为高镍产品，经济价值显著提升。

但退役三元锂材料存在大量晶格缺陷，如岩盐相、阳离子混排、锂空位等，阻碍锂离子嵌入；同时，高温下富镍中间相极不稳定，易出现氧空位、阳离子混排和相分离等问题，这些都是直接修复需解决的难题。

双向晶格锚定技术通过铝元素实现关键作用。其工艺流程大致如下：首先，将回收的退役中镍三元锂材料与氢氧化镍（镍源）分别加入氯化铝溶液。氯化铝不仅能清洗材料表面杂质，还通过离子交换在三元锂和氢氧化镍表面同时锚定铝离子。随后，将两者与氢氧化锂（锂源）及少量氧化钴混合，通过特定的脉冲式固相烧结合成全新的NCM811。由于镍含量增加，需适当添加钴以平衡晶格。

铝离子的锚定作用解决了上述核心问题：铝与氧形成强共价键，能有效控制氧元素，避免氧空位产生，使结构更完整；氧被铝锁定后，镍氧键松动，为锂离子嵌入创造低能垒条件；铝氧键的刚性使其他金属与氧的键长缩短，如同“手拉手”效应，导致晶格平面方向收缩，垂直方向膨胀（几何补偿以保持体积守恒和能量最低态），层间氧氧距离增大，锂离子迁移通道随之扩大（三元锂为层状氧化物，锂离子通过层间移动实现脱嵌）；此外，阳离子混排（锂与镍混排）由铁磁耦合驱动，铝作为非磁性金属插入后可打破铁磁路径，抑制镍锂混排。

由于铝离子预先分别锚定中镍三元锂和氢氧化镍，相当于作为中间协调者，预先优化两侧材料，再混合反应可大幅减轻上述副作用。

通过双向晶格锚定，退役NCM523成功转化为高价值NCM811。最终产品中铝元素含量约0.7%，这一比例在商业化NCM811生产中也常见，铝常被用作稳定剂。若铝含量达到3%~5%，则成为四元电池（NCMA），三星、LG等韩国厂商一直在推动该技术。

通常镍比例越高，铝用量越大，例如特斯拉早期使用的松下镍钴铝酸锂（NCA）电池，因超高镍配方直接用铝替代锰，后来随着NCM逐步走向高镍且成本更低，NCA不再是主流。

有人可能会问，由退役电池材料修复的正极能否用于动力电池？目前该技术尚未在锂电池产业中实际应用，但其基于退役材料进行晶格级修复，性能可能比单纯补锂的电池更接近原生状态，不排除用于动力电池的可能性。

这一技术若实现产业化，有望大幅降低锂电池成本。那么，你是否愿意选择这种修复升级后的正极材料生产的电池呢？