聚合物固态电池的可持续回收：机械-湿法冶金联用技术的创新突破与环境效益评估

针对聚合物固态电池(SSBs)回收难题，研究团队开发了基于Cu(II)硫酸盐盐浸的创新湿法冶金工艺，结合机械预处理技术，实现锂金属阳极安全回收（H2 排放降低91%）和LiFePO4 正极高效提取（Li回收率90%），为下一代电池循环经济提供关键技术路径。

　　

随着电动汽车产业快速发展，固态电池(SSBs)因其高能量密度和安全性成为下一代储能技术的关键。其中，采用聚乙烯氧化物(PEO)/双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)电解质的聚合物SSBs已率先实现商业化应用（如奔驰eCitaro G巴士）。然而，这类电池含有活性锂金属阳极、柔性聚合物和复合正极等特殊材料，与传统液态锂电池(LIBs)的回收体系不兼容。当前研究多聚焦于单一组件回收，对完整电池的复杂材料体系缺乏系统性解决方案，特别是锂金属遇水剧烈反应产生H₂
的安全隐患（浓度达1.4 vol%时接近爆炸下限），以及聚合物基体导致的机械分选困难等挑战亟待突破。

针对这些瓶颈，德国布伦瑞克工业大学的研究团队在《Resources, Conservation and Recycling》发表了一项开创性研究。他们设计了一套整合机械预处理与湿法冶金的协同工艺，通过双轴旋转剪切机实现电池均质化破碎（物料损失<1 wt%），并创新性采用CuSO₄
盐浸技术，利用置换反应原理（2Li + Cu²⁺
→ 2Li⁺

• Cu）将H₂
  排放量降低至0.08 vol%。研究选用含LiFePO₄
  (LFP)正极的单层软包电池为对象，通过ICP-OES元素分析、XRD物相鉴定等技术手段，系统评估了不同浸出体系的性能差异。

机械处理
对比条状 shredder（6.5 mm）与切割磨（筛网尺寸可变）发现，双轴旋转剪切机产生的物料分离参数曲线最均匀，有效解决了PEO基电解质导致的"无黑粉"现象。这种塑性材料在传统LIB回收中会形成活性物质富集的细粉，而SSBs破碎后主要生成箔片状混合物，需通过密度-粒径复合参数（x·√ρ）优化分选。

盐浸工艺
在pH=0.5的酸性调控条件下，低浓度CuSO₄
（Cu:Li摩尔比1:1）展现出最佳性能：Li/Fe/P的浸出效率分别达96%/95%/105%，同时Cu²⁺
被还原为金属铜（XRD证实）。该过程通过两步反应实现：(1) Cu²⁺
优先与Li发生置换反应，避免直接水解释放H₂
；(2) 酸性环境抑制Cu₂
(OH)₂
SO₄
副产物生成，保障铜的闭环回用。

后续纯化
采用分级碱沉淀（pH 8.5-10）可去除99%以上的Al/Cu/Ni杂质，而Li保留在溶液中。浓缩后添加Na₃
PO₄
获得高纯Li₃
PO₄
（XRD结晶度>90%），该产物可直接用于LFP再合成。整个流程累计锂回收效率达90%，显著优于传统酸浸工艺。

这项研究的意义在于：

1. 安全创新：通过电化学置换原理规避锂金属的危险反应，将爆炸风险降低91%；
2. 工艺适配：针对聚合物SSBs特有的材料特性（如PEO粘弹性、锂金属延展性）设计专属回收路径；
3. 循环经济：CuSO₄
   可循环使用，且Li₃
   PO₄
   /FePO₄
   中间产物符合正极材料再生标准；
4. 技术前瞻：提出的流程可扩展至钠基SSBs等新型电池体系，为未来电池回收基础设施布局提供理论支撑。

研究团队建议后续应开展生命周期评价(LCA)，重点考察LiTFSI电解质的降解处理与铜盐再生能耗。该成果标志着固态电池回收从实验室走向工业化应用的关键突破，对实现《欧洲电池法规》要求的2030年锂回收率90%目标具有重要实践意义。