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锂电池升级回收，清华团队提出新策略！

近年来，锂离子电池（LIB）的可持续回收逐渐成为业内关注焦点。在电池的所有组分中，正极材料占据最大重量并主导了电池成本，其回收再利用刻不容缓。商业正极材料包括橄榄石型磷酸铁锂（LFP）、层状钴酸锂/三元材料以及尖晶石锰酸锂（LMO）。因为这些正极具有不同的晶体结构，目前的直接回收方法主要针对单一特定成分，同时处理多种正极材料仍面临很大挑战。传统火法或湿法回收通过高温熔炼或化学过程破坏电池材料，并需要复杂的步骤来分离不同的元素，导致二次污染。更重要的是，失效LFP或LMO电池中的有价元素含量低，而这些方法产生的Fe/Mn产物具有较低经济价值，因此需要发展更好的回收技术来实现混合正极材料的经济回收。

传统LFP电池的能量密度约为180Wh/kg，远低于NMC/NCA三元电池（＞250Wh/kg）。尽管通过简化电池模块和提高体积利用效率等技术，如刀片电池、麒麟电池，已在电池组层面大大缩小了这一能量密度差距，但这些技术已接近极限。要进一步改善性能，必须提升LFP正极本身的能量密度，其中提高中值电压是最有效的方法。以过渡金属（TM= Mn、Co、Ni）替代Fe位点形成LiFexTM1-xPO4（如LiFexMn1-xPO4，LFMP）固溶体，被认为是提高工作电位的有效策略。同时废旧LIB中富含这些过渡金属，因此直接将失效LFP和富锰正极材料升级为LFMP正极是一种可行且经济的策略，不仅可解决混合正极材料回收的难题，而且能实现失效LFP材料的升级再利用。

清华大学深圳国际研究生院周光敏副教授，中国科学院深圳先进院与金属研究所、深圳理工大学（筹）成会明院士，上海交通大学梁正副教授团队提出了一种针对混合失效正极材料（LFP+LMO）的升级回收策略，以绿色环保的低共熔溶剂为介质，通过结构调控和过渡金属替换，将其转变为更高能量密度的聚阴离子型正极材料。再生磷酸锰铁锂正极材料的中值电压和能量密度分别提升至3.68V（相对于Li/Li+）和559 Wh/kg，均高于商业LFP（3.38 V和524Wh/kg）。该策略可以实现混合正极中的全元素回收和溶剂的循环利用，同时可扩展合成其他高电压磷酸盐材料。经济性分析表明，升级回收策略具有更高的经济和环境效益，为回收低价值的混合正极材料升级为下一代正极材料提供了一种新思路。

图1.失效磷酸铁锂和锰酸锂的升级回收过程

图2.再生的磷酸锰铁锂正极材料的结构表征

图3.再生的磷酸锰铁锂正极材料的电化学性能

图4.不同回收策略的经济性分析

5月14日，相关研究成果以“混合失效正极材料向高电压聚阴离子正极材料的可持续升级回收”（Sustainable upcycling of mixed spentcathodes to a high-voltage polyanioniccathode material）为题，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。

成会明、周光敏、上海交通大学助理研究员王俊雄博士为论文通讯作者，清华大学深圳国际研究生院与上海交通大学联合培养博士生季冠军、清华大学深圳国际研究生院2021级硕士生唐迪为论文共同第一作者。论文作者还包括梁正，清华大学深圳国际研究生院2023级博士生季昊铖，2021级硕士生马骏、庄兆丰，科研助理刘松。研究得到国家自然科学基金委、科技部、广东省科技厅、深圳市科创委等的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-48181-9

供稿：深圳国际研究生院

锂电池行业发展加快提质升级

本报记者杨梓《中国能源报》（ 2024年05月20日第 02 版）

　　为进一步加强锂电池行业管理，促进行业高质量发展，近日，工信部电子信息司发布《锂电池行业规范条件（2024年本）》（征求意见稿）（以下简称《规范条件》）和《锂电池行业规范公告管理办法（2024年本）》（征求意见稿）。上述两份文件均由2021年版本修订而来。

　　业内人士认为，当前锂电池行业正处于深度调整期，未来培育优质产能、持续提升产品品质将是锂电池行业发展重点。

　　■ 性能要求提高

　　近年来，锂电池产业规模逐步壮大，产品成本也大幅下降。数据显示，2023年全国锂电池总产量超过940GWh，同比增长25%，行业总产值超过1.4万亿元。电池环节，2023年消费型、动力型、储能型锂电池产量分别为80GWh、675GWh、185GWh，锂电池装机量（含新能源汽车、新型储能）超过435GWh；国际能源署近日发布《电池和能源安全转型》报告，表示在过去不到15年时间里，电池成本下降了90%以上。

　　随着产业规模的不断扩大、下游对于产品性能要求的提高，电池产品品质与技术创新对于行业良性发展愈发关键。记者注意到，与2021年版本相比，《规范条件》对于锂电池的技术与产品性能都提出了更高要求，且对于动力电池的要求提升幅度高于储能电池。

　　《规范条件》明确，大动力型锂电池使用三元材料（镍钴锰酸锂）的能量型单体电池能量密度≥230Wh/kg，电池组能量密度≥165Wh/kg；使用磷酸铁锂等其他材料的能量型单体电池能量密度≥165Wh/kg，电池组能量密度≥120Wh/kg。功率型单体电池功率密度≥1500W/kg，电池组功率密度≥1200W/kg。单体电池循环寿命≥1500次且容量保持率≥80%，电池组循环寿命≥1000次且容量保持率≥80%。

　　储能型锂电池方面，《规范条件》明确单体电池能量密度≥155Wh/kg，电池组能量密度≥110Wh/kg；单体电池循环寿命≥6000次且容量保持率≥80%，电池组循环寿命≥5000次且容量保持率≥80%。

　　“产品性能指标是一个行业发展的标杆。我国锂电池的技术水平较强，部分指标已处于全球领先水平。”沃达福数字汽车国际合作研究中心主任张翔认为，《规范条件》的发布有利于促进我国锂电行业提质升级。

　　不过，《规范条件》是鼓励行业技术进步和规范发展的引导性文件，不具有行政审批的前置性和强制性，适用于锂电池、正极材料、负极材料、隔膜、电解液生产企业。

　　■ 坚持高质量发展

　　供需错配、利润下滑苗头逐渐显现的背景下，锂电行业一改此前高歌猛进态势，回归理性发展。从去年至今，多家企业暂缓或终止锂电项目，对待扩产态度愈发谨慎。在今年行业降本增效大趋势下，锂电产业链各环节竞争加剧。张翔认为，未来锂电行业集中度或进一步提高。以动力锂电池为例，目前国内50多家电池供应商未来或减少至10家左右。

　　值得注意的是，对于有关锂电池的产业布局和项目设立，《规范条件》提出，引导企业减少单纯扩大产能的制造项目，加强技术创新、提高产品质量、降低生产成本；每年用于研发及工艺改进的费用不低于主营业务收入的3%，申报时上一年度实际产量不低于同年实际产能的50%。

　　上述对于产能的相关表述并非首次提出。事实上，《锂离子电池行业规范条件》最早于2015年发布，此后在2018年及2021年经过两次修订。对于锂电池的产业布局和项目设立要求，2018年版本与2021年版本都明确严格控制单纯扩大产能，《规范条件》对产能的相关描述与2021年版本完全一致。在业内人士看来，对于锂电池产业，我国一直都坚持高质量发展路线。

　　不过，有业内人士分析，《规范条件》提出，企业要逐渐淘汰落后产能，对低质低效的电池项目坚决杜绝。此前，多位业内人士在接受《中国能源报》记者采访时均提到，随着行业竞争加剧，淘汰尾部低端劣质产能早已成为行业发展重点之一。

　　东莞证券分析师黄秀瑜表示，工信部对行业规范条件进行修订，引导技术创新、转型升级，推动高质量健康发展，将加快落后产能出清，防止低价无序竞争，有利于拥有技术优势和优质产能的头部企业提升产能利用率和盈利修复。

　　■ 提升企业国际竞争力

　　锂电行业周期性较强，考虑动力和储能两大应用场景，锂电行业未来长期发展向好的趋势不会改变。总体看来，企业应持续加大研发力度，在技术路线选择、材料创新、产业链布局、应用场景、成本降低等多方面取得进一步突破。

　　在业内人士看来，《规范条件》的发布，为锂电池行业的发展指明了方向。锂电池产品性能提升、成本下降、淘汰落后产能均有利于行业避免低质低价竞争。记者注意到，除了对产品性能提出更高要求之外，《规范条件》还提到有关绿色低碳的相关要求。例如，企业应依据有关政策及标准，开展锂电池碳足迹核算；鼓励企业在产品研发阶段增加资源回收和综合利用设计，加强锂电池生产、销售、使用、综合利用等全生命周期资源综合管理等。

　　“修订稿注重产品质量和低碳环保，为企业出海做积极铺垫，有利于提高企业国际竞争力，整体利好头部企业。”黄秀瑜认为。

　　当下，面对国内竞争加剧的状况，锂电池企业纷纷瞄准具有巨大增量的海外市场。“大家的观点基本一致，都想出海。不过，海外认证标准、市场需求及售后难度等与国内市场均存在差异，整体要求会更高，不允许我们有太多试错的机会。所以，‘出海’产品的品质要求就会更高，否则将难以承受售后成本。”鹏辉能源储能与动力电池研究院助理院长闫龙龙对《中国能源报》记者表示。

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