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?shù)目沙潆婋姵卣诮?jīng)歷前所未有的快速發(fā)展。然而，由于電池生產(chǎn)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(jié)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(jù)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(zhuǎn)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(xiàn)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(gòu))、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(wǎng)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(zhì)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(jīng)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(chǎn)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(xiàn)在更多的注意力集中在電池的其他組件上，包括電解質(zhì)和陽極。

二次電池的生產(chǎn)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(xiàn)高度可持續(xù)的回收利用，需要從源頭轉(zhuǎn)向材料和結(jié)構(gòu)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(jīng)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(jié)構(gòu)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(zhì)量百分比分布：(c)LCO，(d)LFP，(e)混合金屬陰極，和(f)LMO