研究背景

雖然鋰離子電池（LIBs）已經(jīng)徹底改革了消費(fèi)電子、交通和能源市場，但在LIBs失效后，數(shù)以百萬計噸的重要金屬資源進(jìn)入到城市廢物流中。廢舊電池處理不當(dāng)會造成嚴(yán)重污染和火災(zāi)事故。廢舊電池中的金屬濃度是天然礦物精礦的3-10倍，因此其再利用將提高鋰和鈷資源的供應(yīng)安全性。此外，回收廢棄的鋰離子電池可以減少初級礦產(chǎn)資源的開采和冶煉所產(chǎn)生的二氧化碳排放，從而有助于實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。研究人員不再僅僅滿足于金屬回收率大于98%，而是開始關(guān)注如何在回收過程中減少化學(xué)品的消耗，以減少環(huán)境足跡，同時提高盈利能力。因此，出現(xiàn)了原位回收的方法，即利用物理化學(xué)手段刺激廢鋰離子電池固有組分的氧化還原電位，以提高過渡金屬的溶解效率。

原子經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵綠色化學(xué)原理意味著，所有的原材料都應(yīng)該盡可能多地轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品。在以往的原位回收中，采用原料（集流體）作為還原劑，然后以氫氧化物沉淀的形式進(jìn)行分離，但根本不進(jìn)入最終產(chǎn)物，因此最終原子效率為0%。再利用后仍會產(chǎn)生浪費(fèi)，這不僅不會減少浪費(fèi)的數(shù)量，而且實(shí)際可能使后續(xù)的高價值利用更加困難。因此，基于原子經(jīng)濟(jì)原理，利用Al0作為功能試劑來提高金屬回收率，然后進(jìn)入最終電極產(chǎn)品，可能是以最低的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本向上回收廢舊LIBs的理想途徑。

成果簡介

近日，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院李金惠教授&麻省理工學(xué)院李巨教授在本文報告了一種原子經(jīng)濟(jì)策略，講廢舊LiCoO2升級到新型LiNi0.80Co0.15Al0.05O2電池，在這項(xiàng)工作中，充分利用廢鋁箔以其氧化還原電位取代多種化學(xué)試劑，并最終集成到新的LiNi0.80Co0.15Al0.05O2（NCA）高性能正極材料中。首先，采用機(jī)械活化預(yù)處理方法刺激Cu/鋁箔與廢正極材料之間的原位還原反應(yīng)，然后在不產(chǎn)生H2氣體的情況下進(jìn)行高效的醋酸浸出。在此基礎(chǔ)上，建立了一種鋁箔誘導(dǎo)的液體體系中目標(biāo)陽離子（Cu/ Fe）沉淀的自純化機(jī)制，以支持對Cu/Fe雜質(zhì)的選擇性去除。鋁箔作為Al3+離子進(jìn)入浸出溶液，并將它們作為鋁源，與Ni和Co元素一起制備NCA前驅(qū)體溶液。基于詳細(xì)的生命周期評估（LCA），我們對新技術(shù)的環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了評估，發(fā)現(xiàn)新工藝是非常有益的。基于原子經(jīng)濟(jì)策略的廢LCO電池的機(jī)械化學(xué)上循環(huán)可以作為回收其他電子廢物的技術(shù)創(chuàng)新的一個典范。該工作以“Mechanochemical upcycling of spent LiCoO2 to new LiNi0.80Co0.15Al0.05O2 battery: An atom economy strategy”為題發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 上。

研究亮點(diǎn)

利用廢舊鋰離子電池中的廢金屬集流器（LCO）轉(zhuǎn)化為新型LiNi0.80Co0.15Al0.05O2（NCA）正極材料，轉(zhuǎn)換過程中的廢金屬電流收集器來促進(jìn)原子經(jīng)濟(jì)，減少化學(xué)品消耗；

采用機(jī)械化學(xué)活化實(shí)現(xiàn)過渡金屬氧化物（Co3+→Co2+，3+）和集電器碎片（Al0→Al3+，Cu0→Cu1+，2+）的有效氧化，然后由于球磨儲存的內(nèi)能，≤4mm粉碎產(chǎn)物中Li、Co、Al和銅的浸出率均接近100%；

使用較大的鋁碎片（≥4mm）來控制水滲濾液中的氧化/還原電位（ORP），并誘導(dǎo)靶向去除雜質(zhì)離子（Cu，F(xiàn)e）。在將NCA前驅(qū)體溶液上循環(huán)到NCA正極粉末后，我們證明了再生NCA正極良好的電化學(xué)性能；

通過生命周期評估，這條綠色上循環(huán)路徑的利潤率達(dá)到了約18%，同時減少了溫室氣體排放的45%。

圖文導(dǎo)讀

廢鋰離子電池的≤4mm破碎產(chǎn)物的相分析如圖1A所示。它是一種由LCO、石墨、零價鋁和零價銅組成的混合粉末。雖然石墨的特征峰幾乎消失，但隨著研磨削時間的增加，主LCO電極峰的衰減程度較小，說明長期在400 rpm下的低速球磨不會引起LCO的晶格坍塌。相比之下，高速球磨產(chǎn)生的機(jī)械化學(xué)力會導(dǎo)致LCO晶格發(fā)生顯著變化，如圖1B所示。隨著研磨削速度的增加，LCO的峰值強(qiáng)度迅速減小，銅箔和鋁箔的特征峰幾乎消失。具體來說，圖1C中LCO的（002）峰值的漂移表明，當(dāng)球磨超過600 rpm時，機(jī)械化學(xué)力可以破壞LCO晶格在c軸方向的順序，促進(jìn)晶體向非晶態(tài)的轉(zhuǎn)變。從圖1D可以看出，隨著研磨速度的增加，鋁箔（111）峰和銅箔（111）峰顯著衰減，直至消失。此外，鋁箔的（200）峰減小，并逐漸與LCO的（104）峰合并，說明鋁應(yīng)與LCO反應(yīng)形成混合金屬氧化物。另一方面，圖1E中原始破碎產(chǎn)物的表面形貌顯示，LCO是一種表面光滑的塊狀顆粒。經(jīng)機(jī)械化學(xué)活化后，LCO顆粒直徑明顯減小至~2 μm，表面出現(xiàn)細(xì)鱗狀顆粒，如圖1F-H所示。圖1I-L中機(jī)械活化產(chǎn)物的詳細(xì)微觀形態(tài)和元素分布表明，Cu和Al均勻分布在LCO顆粒上。這表明LCO、銅箔和鋁箔不會自發(fā)反應(yīng)，在機(jī)械化學(xué)誘導(dǎo)下發(fā)生氧化反應(yīng)。由于Al和銅的面心立方相在使用機(jī)械力后消失，隨著Al和銅均勻分布在LCO最終粒子的表面，可以推斷Al0和Cu0失去電子，轉(zhuǎn)化為離子態(tài)（Al3+，Cu1+/2+）并吸附在LCO粒子上。因此，可以推測，LCO粒子發(fā)生了還原反應(yīng)，導(dǎo)致了層狀結(jié)構(gòu)的坍塌。

圖1. 機(jī)械化學(xué)作用引起的廢LCO正極原子周圍的晶格演化、元素遷移和化學(xué)環(huán)境[(A)晶格演化；不同研磨速度下(B)晶格演化過程；LCO（002）峰(C)局部放大；(D)衍射角36°≤2θ≤47°；(E)原始破碎產(chǎn)物的表面形態(tài)；(F)機(jī)械化學(xué)活化產(chǎn)物的表面形態(tài)；(G)和(H)為(F)的部分放大圖；（I-L）為優(yōu)化研磨產(chǎn)品的表面形態(tài)和元素分布]。

廢舊鋰離子電池中零價金屬和高價過渡金屬元素的價態(tài)變化是機(jī)械化學(xué)相互作用的直接證據(jù)。在此，我們重點(diǎn)通過XPS分析探索表面5 nm內(nèi)金屬元素的官能團(tuán)或價成分。破碎材料的Al 2p XPS光譜如圖2A和B所示，氧化鋁的峰值出現(xiàn)在75.1 eV。值得注意的是，由于鋁元素的活性較高，在原鋁箔表面容易形成致密的氧化膜。而在高速球磨后，氧化鋁峰的強(qiáng)度增加了5倍，證實(shí)了機(jī)械化學(xué)作用產(chǎn)生了大量的Al3+離子并粘附在樣品上。圖2C和D中的Cu 2p XPS光譜顯示，原材料中的Cu箔仍主要為Cu0,位于932.7 eV，少量的Cu2+ 位于935.5 eV, 也附著在其表面。后者可能是由電解質(zhì)水解產(chǎn)生的氫氟酸（HF）蝕刻引起的。更重要的是，我們在機(jī)械化學(xué)產(chǎn)物表面檢測到68.47%的Cu2+和31.53%的Cu1+,位于933.3 eV，驗(yàn)證了上述猜想（Al0→Al3+，Cu0→Cu1+，2+）。Co 2p XPS光譜圖2E和F表明高價Co3+的含量位于780.4 eV和795.9eV，從26.43下降到13.22%，下降了約50%，而低價Co2+的含量,位于781.8 eV和797.3eV，從73.57增加到86.78%。

原料（Co-RM）、機(jī)械活化產(chǎn)物（Co-MA）和標(biāo)準(zhǔn)鈷金屬氧化物的Co K邊X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)（XANES）模式如圖2g所示。Co-RM和Co-MA的吸收邊緣位于氧化亞鈷和Co3O4的標(biāo)準(zhǔn)曲線之間，這意味著Co原子的平均價態(tài)位于Co2+和Co3+之間，在機(jī)械化學(xué)作用前后根本沒有Co0。Co原子價組成的進(jìn)一步擬合分析結(jié)果，如圖2h所示。表明機(jī)械活化后的廢鋰離子電池正極材料中Co2+的含量從0.12 ± 0.05增加到0.72 ± 0.77，增加了6倍以上。證明了引入零價金屬后的機(jī)械化學(xué)反應(yīng)是一種溫和、控制良好的氧化還原反應(yīng)。它并不直接將高價Co3+還原為Co0，而只將大量的高價Co3+轉(zhuǎn)化為低價Co2+，3+。Co-MA的Cor-邊EXAFS的傅里葉變換顯示出兩個強(qiáng)峰，在圖2I中約為1.75 A和2.25 A，這主要?dú)w因于Co-O和Co-Co的協(xié)調(diào)。需要注意的是，在3a處的兩個連續(xù)峰對應(yīng)于LiCoO2中具有不同間隔的Co-Co信號。通過對擴(kuò)展x射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（EXAFS）擬合曲線的最小二乘分析和定量，如圖2J所示，我們確定了鈷原子中心的化學(xué)鍵長及其原材料和機(jī)械活化產(chǎn)物的配位數(shù)。隨著鈷價的降低，Co-O的鍵長增加，而Co-Co的鍵長減小。經(jīng)過機(jī)械化學(xué)作用后，廢正極材料中Co-O的鍵長從1.90 ± 0.01 A增加到1.94 ± 0.02 A，配位數(shù)從3.0 ± 0.6增加到3.2 ± 1.0；Co-Co的鍵長從2.80 ± 0.02 A減少到2.43 ± 0.04 A，配位數(shù)從3.2 ± 0.9大大增加到7.0 ± 0.2。這些結(jié)果表明，機(jī)械化學(xué)反應(yīng)誘導(dǎo)了廢正極材料的有效還原，且低價鈷顯著增加。此外，Co-O化學(xué)鍵的生長驗(yàn)證了晶格崩潰和細(xì)胞扭曲LCO正極，和配位數(shù)的大量增加也意味著LCO細(xì)胞的轉(zhuǎn)換從一個有序排列到一個無定形態(tài)，都顯示激增樣品的內(nèi)能后機(jī)械化學(xué)反應(yīng)。這些推論可以通過小波變換來證實(shí)，如圖2K-M所示。Co-RM的Co K邊等高線圖顯示了兩個最大強(qiáng)度，其位置與Co2O3散射一致，而Co-MA只顯示了一個最大強(qiáng)度，其位置在Co箔和氧化亞鈷之間。只有內(nèi)能的增加才能導(dǎo)致Co中心局部協(xié)調(diào)環(huán)境中這種不規(guī)則的方向變化。綜上所述，引入零價金屬增強(qiáng)的機(jī)械化學(xué)作用促進(jìn)了廢正極材料的可控氧化還原反應(yīng)，同時產(chǎn)生大量的內(nèi)能，導(dǎo)致其晶體結(jié)構(gòu)坍塌，有效地促進(jìn)后續(xù)的浸出

圖2. 機(jī)械化學(xué)作用引起的廢LCO正極的微表面官能團(tuán)和原子周圍的化學(xué)環(huán)境[（A-F）Al2p、Cu 2p和Co 2p的XPS譜，其中A、C、E為原料，B、D、F為機(jī)械化學(xué)產(chǎn)物；(G) Co箔、Co-RM、Co-MA；(H)Co-MA中Co原子的價擬合分析；(I)R空間中EXAFS譜的傅里葉變換和Co-MA的最佳擬合結(jié)果；(J)K空間中EXAFS譜的傅里葉變換和Co-MA的最佳擬合結(jié)果；（K-M）Co-MA、Co-RM和Co2O3的k3加權(quán)EXAFS信號的WT]。

球磨所儲存的內(nèi)能促進(jìn)溶解。我們使用醋酸（醋酸）來驗(yàn)證弱有機(jī)酸對不同樣品的浸出效果。對≤4mm破碎產(chǎn)物進(jìn)行2 mol/L醋酸的直接浸出表明，只有57.17% Li和33.4% Co溶解在液相中，銅和鋁的浸出率分別為17.96%和50.22%。加入6 vol.%過氧化氫后，Li和Co的浸出率分別上升到100%和73.21%，而Al的浸出率下降到15.14%。而機(jī)械活化產(chǎn)物的醋酸浸出率則使Li和Co的浸出率分別達(dá)到92.37%和92.51%，而Cu和Al的浸出率也顯著提高到67.51%和65.43%。由于過氧化氫不引入雜質(zhì)離子，因此被認(rèn)為是最好的還原劑之一，其與pH ~1的LiCoO2的氧化還原反應(yīng)如下：

但過氧化氫的熱穩(wěn)定性較差，反應(yīng)(1)的反應(yīng)速率明顯高于反應(yīng)(2)，導(dǎo)致過氧化氫消耗過多。在機(jī)械化學(xué)增強(qiáng)浸出條件下，廢正極材料與鋁箔和銅箔發(fā)生直接氧化還原反應(yīng)如下：

在機(jī)械化學(xué)過程中，原本不溶于弱乙酸的鋁箔和銅箔失去電子形成可溶性Al3+和Cu2+，而LCO中的酸不溶性Co3+通過強(qiáng)制吸收電子而還原為可溶性Co2+。這種電荷再平衡同時增強(qiáng)了Li、Co、Al和Cu在弱酸中的浸出能力。此外，在液固比為100 mL/g，乙酸濃度為2 mol/L，反應(yīng)溫度為60°C的情況下，≤4mm破碎產(chǎn)物中Li、Co、Al和Cu的浸出率接近100%。因此，機(jī)械活化預(yù)處理可以促進(jìn)破碎產(chǎn)物中不溶性金屬的電荷中和，實(shí)現(xiàn)對廢LCO的原位還原。從而實(shí)現(xiàn)了多種金屬的同步浸出。

在傳統(tǒng)的濕法冶金回收率中，可以利用溶解度產(chǎn)物常數(shù)（Ksp）的差異來去除金屬雜質(zhì)沉淀物；例如，通過調(diào)節(jié)溫度、pH值和初始濃度，可以從Ni、Co和Mn離子中分離出Ni、鐵、鋁和Cu離子。我們將Cu陽離子作為一種典型的雜質(zhì)，利用Cu-Co-H2O體系的E-pH Pourbaix圖模擬了pH調(diào)整過程中Cu-離子相邊界的演化，如圖3A所示。當(dāng)溶液的pH值從3.0調(diào)整到6.5時，銅離子的濃度從1 mol/L下降到1×10?6 mol/L，表明去除可溶性Cu離子；但理論上銅離子的去除邊界與Co離子的沉淀邊界一致，即Co離子沉淀的初始濃度。因此，調(diào)整pH值可能會導(dǎo)致Cu和Co離子的共沉淀，從而導(dǎo)致制備NCA前驅(qū)體所需的寶貴Co離子的丟失。溫度也是傳統(tǒng)分離方法中的一個重要參數(shù)。隨著溫度的升高，Cu和Al離子的沉淀邊界線向pH降低的方向移動，但兩者之間的pH差異僅波動0.6，這也難以實(shí)現(xiàn)Al和Cu離子的完全分離.

采用醋酸作為浸出劑，浸出液的pH值在2.0~4.0之間波動。因此，液體體系中雜質(zhì)離子的相分布如圖3B中的橙色背景區(qū)域所示。氧化/還原電位（ORP）E是Pourbaix圖的y軸，給了我們一個系統(tǒng)的處理來從水溶液中的Li/Co中分離銅陽離子雜質(zhì)。ORP對應(yīng)于水中的有效O2（氣體）和H2（氣體）分壓（ORP↑pO2↑pH2↓），零價Al一旦其氧化物鈍化層被酸去除，與pO2反應(yīng)強(qiáng)烈，可以大大降低水溶液的ORP。當(dāng)溶液pH =為2.0~4.0時，Cu2+轉(zhuǎn)化為Cu的電極電位約為0.4 V，而H+轉(zhuǎn)化為H2的電極電位為0~0.2V；因此，Cu離子的電位總是高于H離子的電位。此外，在溶液pH為>5之前，Co離子的電勢不會超過H離子。因此，當(dāng)在醋酸浸出液中加入鋁箔時，Cu2+會優(yōu)先吸收電子，穿過還原反應(yīng)對應(yīng)的曲線，進(jìn)入零價Cu相區(qū)，實(shí)現(xiàn)了Cu的定向沉淀，而液相中仍存在H+、Li+和Co2+，如圖3c所示。更重要的是，沉淀的零價銅不會再溶解到稀酸溶液中，避免了二次污染問題。為了測試目標(biāo)純化機(jī)制的實(shí)際效果，我們對浸出液體系進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，如圖3D所示。目標(biāo)沉淀后溶液中的銅離子殘留量趨于零，貴金屬離子的損失幾乎可以忽略；這些結(jié)果證明了自凈化策略的成功。值得注意的是，F(xiàn)e3+在溶液中開始沉淀的pH為1.149，當(dāng)溶液pH達(dá)到2.813時，F(xiàn)e3+可以完全沉淀；因此，溶液pH范圍受醋酸滲濾液的限制，添加更大的鋁箔影響的ORP不僅去除可溶性Cu離子，而且徹底去除溶液中的Fe離子。因此，通過重復(fù)利用廢鋰離子電池壓碎產(chǎn)物中的大鋁箔片，可以有效地實(shí)現(xiàn)浸出液中銅和鐵離子的自純化。

圖3。基于E-pH圖的自純化機(jī)理和效果[不同濃度Co和Cu的(A)E-pH圖；不同濃度銅的(B)相遷移；Al0誘導(dǎo)銅離子定向轉(zhuǎn)移的(C)機(jī)制；溶液中銅離子的(D)選擇性純化效果]。

不再去除自純滲濾液中的Al3+離子，而是直接用作鋁源制備正極材料，實(shí)現(xiàn)了Al自供給法。為了檢查再生的LiNi0.80Co0.15Al0.05O2（NCA）正極的結(jié)晶狀態(tài)，我們使用GSAS軟件和EXPGUI程序來細(xì)化其X射線衍射（XRD）圖案的結(jié)構(gòu)；結(jié)果見圖4a。根據(jù)Rietveld細(xì)化，差分峰的擬合參數(shù)（Rwp和Rexp）分別為2.84%和1.69%，χ2為3.93，表明再生NCA正極的晶格結(jié)構(gòu)非常接近理論晶體狀態(tài)。Rietveld細(xì)化結(jié)果表明，再生的NCA正極具有完美的層狀結(jié)構(gòu)，100%屬于R3M空間群，不含一氧化鎳等非層狀氧化物相。理想的密疊六角形層壓晶格的參考值（c/a）為4.899，而再生的NCA陰極的c/a值為4.937，表明層狀結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性。空間參數(shù)I003 / I104>1.2表示陽離子混合程度較低，而再生NCA陰極的I003 / I104為2.412，表明晶體結(jié)構(gòu)中的陽離子處于高度有序排列。進(jìn)一步的擬合結(jié)果還表明，只有0.916%的二價Ni離子占據(jù)了LiNiO2相中Li離子的位置，在類似文獻(xiàn)中低于1.5%。再生的NCA陰極和商用NCA材料的實(shí)際電化學(xué)循環(huán)性能分別如圖4B-E所示。結(jié)果表明，我們的再生NCA正極在室溫下的電荷轉(zhuǎn)移電阻為229 Ω，高于商業(yè)NCA材料。再生NCA正極在不同充放電速率下的速率性能如下：0.1C 211.78mAh/g，0.2C 190.08mAh/g，0.3C 184.92mAh/g，0.4C 177.69mAh/g，0.5C 170.45mAh/g，1C 155.99mAh/g。再生NCA陰極的第一放電容量為215.28 mAh/g，180次循環(huán)后的容量保持率約為80%，而商業(yè)NCA材料的第一放電容量為194.56 mAh/g，在類似的物理化學(xué)條件下，180次循環(huán)后的容量保留率約為75%。通過直接上循環(huán)制備的NCA正極材料具有良好的結(jié)晶度和低程度的陽離子混合；因此，它們的電化學(xué)循環(huán)性能達(dá)到甚至略優(yōu)于商業(yè)產(chǎn)品。

圖4. 由廢LCO電池制備的新生NCA正極的晶格分析和電化學(xué)性能（A為NCA正極材料的結(jié)構(gòu)細(xì)化分析；B為電化學(xué)阻抗譜；C為循環(huán)伏安曲線；D為0.2 C時的電池循環(huán)性能；E為電池速率性能）。

本研究采用材料流與生命周期成本的耦合分析方法來完成機(jī)械化學(xué)上循環(huán)方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果如圖5a所示。廢原料價格報價來自中國資源回收協(xié)會，化學(xué)添加劑及回收產(chǎn)品價格來自行業(yè)報價上海有色金屬網(wǎng)絡(luò)于2022年9月9日生效，工業(yè)水和工業(yè)電價為中國同期平均價格。技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表明，廢原料總成本為每公斤3644.37元，回收產(chǎn)品銷售收入為每公斤4300.68元，綜合利潤率達(dá)到18%。共沉淀步驟是化學(xué)添加劑中最密集的步驟，相應(yīng)的化學(xué)添加劑的成本為1590.86元，約占總投入量的43.65%。由于新冠肺炎大流行造成的運(yùn)輸障礙和礦石供應(yīng)困難，碳酸鋰是最昂貴的添加劑，其采購成本約占總投入量的52.42%。由于NCA電池已成為特斯拉Model S、3、X、Y等先進(jìn)電動汽車的關(guān)鍵部件，再生的NCA陰極產(chǎn)品是經(jīng)濟(jì)收入的主要來源，其經(jīng)濟(jì)效益約占總產(chǎn)量的98.95%。

采用生命周期評估（LCA）方法分析了我們的新綠色上循環(huán)工藝和傳統(tǒng)濕法冶金循環(huán)工藝之間的環(huán)境影響比較。圖5b中溫室氣體排放、水酸化和水富營養(yǎng)化的LCA結(jié)果。在常規(guī)的酸浸步驟中，為了中和堿性浸出渣，消耗大量的強(qiáng)無機(jī)酸（如硫酸），需要額外的還原劑，這增加了環(huán)境足跡。因此，傳統(tǒng)技術(shù)的所有環(huán)境影響指標(biāo)都高于新技術(shù)。在共沉淀步驟中，新技術(shù)中添加了適量的（CH3COO）2Ni和（CH3COO）2Co。雖然這些有機(jī)添加劑的制備過程對環(huán)境的影響高于無機(jī)添加劑，但醋酸廢物蒸汽壓高，容易揮發(fā)回收，對環(huán)境的影響較小。因此，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，新技術(shù)具有較低的全球升溫潛力、酸化潛力和富營養(yǎng)化潛力，分別降低了45.83%、9.16%和15.02%。從圖5C可以看出，新技術(shù)在人體毒性潛力方面遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)技術(shù)，最終毒性潛力值下降了95.09%。這是由于傳統(tǒng)技術(shù)深篩工藝堵孔率高，大量鈷無法有效回收，被遺棄在生態(tài)系統(tǒng)中，造成嚴(yán)重的重金屬污染。而新技術(shù)采用中等篩分，正極材料的回收率提高到98%以上。因此，這種原位綠色向上循環(huán)說明了如何顯著減少環(huán)境污染和溫室氣體排放，同時支持城市循環(huán)工業(yè)和其他循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)的盈利能力。

圖5. 廢鋰離子電池機(jī)械化學(xué)上循環(huán)過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和環(huán)境影響評估[(A)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析；(B)全球變暖潛在評估；(C)人體毒性潛在評估]。

總結(jié)與展望

在這項(xiàng)工作中，作者利用廢LiCoO2的機(jī)械-化學(xué)上循環(huán)到新的LiNi0.80Co0.15Al0.05O2電池來說明原子經(jīng)濟(jì)策略的獨(dú)特優(yōu)勢。廢物中的所有成分應(yīng)合理處理，并盡可能進(jìn)入回收產(chǎn)品。與過去的廢物再利用概念不同，廢鋁箔作為替代還原劑和凈化劑后，作為再生NCA正極材料的供應(yīng)源。盡管化學(xué)添加劑的消耗較低，但廢的金屬回收率仍然存在達(dá)到了近100%，再生的NCA正極材料的電化學(xué)性能已經(jīng)達(dá)到了商業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。更有益的是，與傳統(tǒng)的廢回收工藝相比，該新技術(shù)的碳排放、酸化潛力和富營養(yǎng)化潛力分別降低了45.83%、9.16%和15.02%，而人體毒性潛力大大下降了95.09%。這種直接的上循環(huán)模式可以在更廣泛的廢物管理和碳中和領(lǐng)域中有用，并有助于在新興的全球能源轉(zhuǎn)型中實(shí)現(xiàn)新工業(yè)的脫碳和可持續(xù)發(fā)展。最后，有機(jī)揮發(fā)物的污染是另一個阻礙廢工業(yè)規(guī)模回收的難題。我們認(rèn)為，機(jī)械化學(xué)反應(yīng)過程也將促進(jìn)長鏈烷烴的降解，并將在另一項(xiàng)工作中進(jìn)行詳細(xì)的分析。

審核編輯：劉清