[读懂科学]锂资源战争生存法：把电池拆解熔炼
德国研究团队开发出锂回收率达75%的工艺
“抢占‘白色石油（锂）’！”
在第四次工业革命和碳中和时代背景下，世界各国正展开一场“锂资源之战”。作为电池的核心材料，锂不仅用于电动汽车，在智能手机、笔记本电脑等产品中也无处不在。而其生产主要集中在中国、南美和澳大利亚等少数地区。像我国这样几乎不产锂的国家，只能寄望于电池回收技术。但问题在于，以现有技术难以提高回收率，经济性也难以保证。德国一个研究团队近日开发出一项有望大幅提升回收率的技术，引发关注。
德国卡尔斯鲁厄理工学院研究团队于上月27日在国际学术期刊《Nature Communications Chemistry》（《自然·通讯 化学》）上发表论文称，他们开发出一项新技术，可将现有废旧锂离子电池回收工艺中锂的回收率，从15%左右大幅提升至75%。该工艺为利用将电池粉碎或制成粉末时产生的机械力来触发化学反应的机械化学工艺。
电池中不仅含有锂，还包含钴、镍等高价稀有金属。近年来，受美中霸权竞争、俄乌战争等地缘政治危机影响，电池原材料的获取已成为包括我国在内的主要生产国的国家安全问题。眼下这些金属材料的供应尚未严重短缺，但随着汽车等交通工具的能源从传统化石燃料加速向电力充电电池转变，这些金属材料的回收利用重要性正日益凸显。实际上，欧洲联盟已设定目标，要在2031年前实现电池中80%的锂被回收利用。
尤其对我国而言，越是不产锂的国家，就越需要通过回收既有电池中的原材料来再利用，因此电池回收工艺的重要性不断被强调。通过回收可减少开采、加工、组装过程中的环境污染，在成本节约和资源获取等多方面都具有不可或缺的意义。然而，现行锂回收工艺在经济性方面存在明显短板。传统方法多采用高温加热，或使用高浓度酸和有机溶剂溶解后再进行萃取，锂的回收率仅约15%。研究团队首先从锂钴氧化物电池中取出正极材料，与铝混合后制成细粉。尤其是在使用研磨机对该混合物研磨3小时后，铝与正极材料发生反应，生成不溶性的氧化铝和钴，以及可溶性的氧化锂混合物。随后将其置于水中，利用密度差进行分离并进一步纯化，最终回收了约30%的锂。虽然距离实现经济性仍有很长的路要走，但回收率已是既有工艺的两倍。
此后，研究团队又对该工艺进行了一项改进：将从研磨机中得到的混合物加入水中并加热。结果与前一道工序不同的是，不再生成无法回收的不溶性锂铝氧化物，同时锂的回收率提高到75%。这是在采用多种不同类型的锂离子电池正极材料进行测试后得到的结果。
这种机械化学方法在商业化化学工艺中几乎未被采用，关于为何会发生此类反应，目前也尚无定论。研究团队仅推测，温度变化和摩擦等因素可能发挥了作用。团队正一方面继续改进这一工艺，另一方面研究如何在回收锂的同时，实现对钴、镍等其他主要金属材料的同步回收。
英国伦敦锂离子电池回收咨询公司“Circular Energy Storage”的董事 Melin 在接受《Nature》采访时表示：“这一研究成果目前仅是在实验室层面的成功，与其说是足以改变行业格局的技术，不如说是对原理的证明。”他指出：“电池回收远比单纯开发新技术复杂得多，还与原材料的经济性、电动汽车的普及等因素密切相关。”他接着补充道：“到了2030年代，我们所需的锂将从何而来，目前谁也说不清。”
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