李丽教授ACS Energy Letters废旧锂离子回收新策略：光催化辅助高效回收废旧锂离子电池

第一作者：吕晓伟

通讯作者：李丽*

单位：北京理工大学

锂离子电池(LIBs)作为一种高效、可持续的能源存储电源，在电动汽车和移动消费电子产品中得到了广泛的应用，有助于碳中和目标的实现。然而，其有限的循环寿命将导致废旧锂离子电池的大量增加，给动力电池回收行业带来机遇和挑战。废LIBs含有大量重金属和有机化合物等有害物质，对环境和人体健康构成威胁。此外，用于合成正极材料的金属资源正变得越来越稀缺，未来需求接近已确定的储量。因此，必须制定有效的回收策略来处理废旧LIBs，以避免不利的生态影响，并满足对贵金属资源的需求。本文提出了一种更加完善的光催化辅助回收废旧锂离子电池的新观点，兼具高效、低成本、可持续和普适性应用的优势。

近日，北京理工大学李丽教授课题组，在国际知名期刊ACS Energy Letters上发表题为“An Emerging and Consummate Photocatalysis-assisted Strategy for Efficient Recycling of Spent Lithium-ion Batteries”的文章。本文介绍了一种利用紫外线辅助回收废旧LIBs的创新工艺，有效提高了金属离子的浸出效率，降低了回收成本和环境影响，提高了整体回收效益。

在紫外辅助条件下，通过单因素实验和多因素交互作用研究，确定了最佳浸出参数为1.25 M柠檬酸、固液比45 g/L、3 mL H₂O₂、温度50℃、时间2 h, Li和Co的浸出率分别为99.56%和98.25%。在无紫外辅助下，Li和Co的浸出率仅为63.44%和53.10%，回收效率提高35%，表明紫外线辅助是促进浸出的关键。造成该现象的原因是紫外线照射使H₂O₂中不稳定的O-O和H-O键能，加速分解为氧原子和氢原子。O原子迅速结合形成O2，激发了H₂O₂中O的还原性，同时，紫外线辐射将催化剂表面电子激发到更高的能级，生成了强还原能力的电子-空穴对，参与氧化还原反应。这有利于Co³⁺更快地获得电子并还原为可溶的Co²⁺，从而提高金属浸出效率。

利用核收缩模型进一步研究了紫外光辅助金属浸出机理。混合反应控制了Li和Co的浸出过程，通过Arrhenius公式计算出反应活化能，并且计算了紫外辅助Li和Co浸出动力学方程，综合反映了实验参数对紫外光辅助Li和Co浸出的影响。此外，分析了紫外光辅助金属浸出的成本，UV辅助的浸出成本比超声波低68.94%，比搅拌低81.25%，并且也能有效地回收高镍三元材料，紫外辅助Ni浸出效率比非紫外辅助Ni浸出效率高出25%以上，并且对Li, Co和Mn等金属元素也有相似浸出机制。

与传统的阴极回收工艺相比，全面评估了该工作的回收工艺和经济性。采用这种回收和再生策略，从1吨废旧锂离子电池中产生的利润比传统方法高出US$6,057.55，增加了三倍多。这种从废LIBs中综合回收再利用的过程能够产生高价值产品，同时排放更少的污染物并带来更高的收入，具有实际应用潜力和良好的前景。

An Emerging and Consummate Photocatalysis-assisted Strategy for Efficient Recycling of Spent Lithium-ion Batteries

吕晓伟：北京理工大学材料学院博士研究生，研究方向为锂离子电池回收及资源化再利用，专注于新能源材料、电池材料再生及修复等多学科交叉基础研究，以第一作者在ACS Energy Letters，Journal of Materials Chemistry A，Journal of Colloid and Interface Science，Dalton Transactions等国际Top期刊发表多篇SCI学术论文，申请国家发明专利2项。

李丽教授：现任北京理工大学材料学院教授、博士生导师、英国皇家化学学会会士。入选教育部长江学者特聘教授、教育部新世纪优秀人才计划、北京市优秀人才支持计划和北京市科技新星计划，获部级科学技术一等奖5项。

现任电动汽车动力蓄电池循环利用战略联盟技术专家委员会副主任、国家科技部固废重点专项评审专家、北京市资源强制回收环保产业技术创新战略联盟专家委员会副主任委员、《储能科学与技术》编委会委员、国家碱性蓄电池标准委员会委员、中国再生资源产业技术创新战略联盟专家委员会委员、中国动力电池回收与梯次利用联盟行业技术专家、中国废旧电池回收利用国家标准工作组专家、工信部新能源电池回收利用专业委员会委员、中国电机工程学会电力储能专业委员会委员、IEEE PES中国区技术委员会常务理事、国家能源局储能领域技术专家、江苏省动力及储能电池产业创新联盟技术专家委员会委员等。

主要研究领域：长期从事新型绿色二次电池关键材料设计、废旧电池回收处理与资源化利用，绿色二次电池衰减机理与失效分析等研究。在国内外学术会议上做特邀报告90余次，多次担任中美国双边会议锂离子电池回收技术分会主席。在Chemical Reviews、Advanced Materials等学术期刊上发表SCI收录论文200余篇，申请国家发明专利60项，授权发明专利30项。主编出版2部学术专著《动力电池梯次利用与回收技术》（科学出版社2020年出版）、《锂离子电池回收与资源化技术》（科学出版社2021年出版）；参编5部学术专著、6项中国汽车及动力电池标准。

1. 先进电池及关键材料研发方向-先进电池及其关键材料研究及规模化应用，包括多价离子电池、水系电池、金属锂基电池（固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池等）、特种电源等；

2. 新型绿色二次电池及可持续研究-新型绿色先进能源材料设计与量化模拟、绿色二次电池衰减机理与失效分析、动力电池梯次利用及资源化回收、能源经济学、全生命周期评估等。

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