不斷增長的能源需求和環(huán)境的惡化促使人們追求可持續(xù)能源和存儲技術。作為整合可再生資源和電力運輸的可充電電池正在經歷前所未有的快速發(fā)展。然而，由于電池生產使用一些有毒材料和稀有資源會造成環(huán)境破壞和資源短缺，因此在開發(fā)電池系統(tǒng)時必須考慮電池回收。近日，北京理工大學陳人杰教授從可持續(xù)的角度提供可充電電池回收的系統(tǒng)性概述，提出與電池回收相關的最先進的基礎研究和工業(yè)技術，特別關注于鋰離子電池回收。總結了電池回收的新機遇，挑戰(zhàn)和未來前景。對于電池回收的未來發(fā)展，建議重新解釋3R策略：重新設計，重復使用和回收利用(原來的3R策略是：reduce, reuse,recycle;新的3R策略是redesign, reuse,recycle)。目前這項工作已發(fā)表在Chem. Soc. Rev.(IF=40.182)之上。

圖1.(a)2017年世界能源消費量;(b，c)2017年和2040中可再生能源占可再生能源的百分比。(d)從1979年到2003年的二氧化碳當量濃度和AGGI(等效二氧化碳氣氛量)

2017年世界能源消耗量為586千萬億英熱單位(Btu)，可再生能源占13%，據預測到2030年世界能源消費總量將增加到663千萬億Btu，到2040年增長到736萬億Btu，而化石燃料的不可持續(xù)性意味著可再生能源是轉化為電力供應是能量需求增長最快的能源形式，同時可再生能源的使用也對減緩溫室效應有著極大助推作用。因此，迫切需要先進的儲能技術來最大化實現可再生能源的使用。

圖2.(a)2010年至2017年各國電動汽車(EV和PHEV)庫存的演變情況; (b)2010年至2017年按國家/地區(qū)新增的電動汽車(EV和PHEV)注冊;(c)基于IEA(國際能源機構)、工業(yè)預測、EIA(能源信息管理局)的觀點 需求和可用的EOL LIB;(d)2010年至2018年5月可充電電池主要金屬的平均價格;(e)2017年鈷平均價格的變化。

可充電電池如鋰離子電池和鉛酸，鎳氫和鎳鎘電池對于電氣化運輸和大規(guī)模電網儲能應用非常重要，預計2025年全球電池市場總規(guī)模將超過1000億美元。2010年至2025年間，電池年增長率為10%，這就意味著有大量報廢的電池等待處理，但廢舊可充電電池含有重金屬元素，如有害的鎳(Ni)，鈷(Co)和Pb。如果處理不當，對人類健康和環(huán)境會造成重大影響。除此之外有機酸和強堿/強酸可充電電池的電解質也會對環(huán)境造成污染。而且廢舊電池中的重金屬回收可以極大地緩解資源短缺的問題。因此，廢棄可充電電池的回收是非常需要的，從經濟和環(huán)境的角度來看都是有益的。

對于鋰離子電池回收過程的目標是將廢電池的組件分成不同的部分，這些部分可以重新引入有用材料的生產中特別是Co，Li和Ni。目前的回收技術可分為兩大類：基于高溫熱解的火法冶金和基于低溫溶液化學反應的濕法冶金。由于LIB的多種類型和尺寸以及復雜的化學組成使其回收復雜化。關于LIB的最佳回收過程尚未達成共識，這兩種回收技術仍有很大的改進空間。除了最有價值的陰極材料外，現在更多的注意力集中在電池的其他組件上，包括電解質和陽極。

二次電池的生產每年以高速率增長，因此迫切需要解決相應的廢電池回收問題。為了實現高度可持續(xù)的回收利用，需要從源頭轉向材料和結構設計。擬議的“3R和3E”戰(zhàn)略為電池回收提供了新的視角，并指導了該領域的未來發(fā)展方向。作者在文中涉及了四種經典的可充電電池的回收及再利用，并從多個方面論證了廢舊電池回收再利用的必要性和可行性。

圖3. 四種類型可充電電池的結構和組成以及回收的重要性

圖4. LIB的完整回收過程和技術

圖5.(a)在不連續(xù)破碎過程的不同階段釋放氣體濃度;(b)在破碎過程中來自未循環(huán)和循環(huán)電池大量釋放的EMC，DMC和CO2氣體。LIB電池的每個尺寸部分中金屬組分的質量百分比分布：(c)LCO，(d)LFP，(e)混合金屬陰極，和(f)LMO