固态聚合物电解质集成高效环保电化学法在锂离子电池回收中的应用研究

为解决锂离子电池(LIBs)回收过程中高能耗、高污染问题，研究人员开发了基于固态聚合物电解质(SPE)的电化学回收系统。通过PEO-PVdF-12 wt% LiTFSI复合膜实现锂离子选择性分离，回收效率达98 wt%，为绿色循环经济提供新范式。

　　

随着电动汽车(EV)和便携式人工智能设备的爆发式增长，全球锂离子电池(LIBs)需求量预计将从2021年的411亿美元激增至2030年的1161亿美元。然而，传统回收方法如湿法冶金(hydrometallurgy)和火法冶金(pyrometallurgy)存在高能耗、强腐蚀性试剂使用等问题，且陶瓷固体电解质分离效率仅75%。更棘手的是，每块报废电池含5.9 kg锂、28.9 kg镍和7.7 kg钴——这些战略金属的流失将加剧资源危机。

针对这一挑战，马来西亚国油大学的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表创新成果，将固态聚合物电解质(SPE)整合到电化学回收系统中。该系统采用PEO(聚氧化乙烯)-PVdF(聚偏氟乙烯)-12 wt% LiTFSI(双三氟甲磺酰亚胺锂)复合膜作为智能分离器，在70小时内实现了98 wt%的锂回收率，且全过程无需有害化学品。

关键技术包括：1) 三维打印15 cm×10 cm×10 cm电化学反应器；2) SPE膜的溶液浇铸法制备；3) 黑质(black mass)与产物双室设计；4) 恒电位充放电循环。通过FTIR和XRD证实SPE中Li⁺与C=O的配位作用，SEM显示其多孔结构有利于离子传输，电化学阻抗谱(EIS)测得离子电导率达10^-3 S/cm。

【SPE膜制备】
透明柔性的SPE膜通过溶液浇铸法制得，FTIR显示LiTFSI的S=O键与PEO的C-O-C形成配位键，XRD证实结晶度降低至14.3%，这些特性共同促进Li⁺迁移。

【结论】
该研究首次将SPE应用于LIBs回收，相比陶瓷电解质具有三大优势：1) 柔性结构耐受水力冲击；2) 可调控的孔径实现Li⁺选择性渗透；3) 低温加工降低能耗。回收产物锂氢化物(LiH)可直接用于新电池生产，形成闭环产业链。

这项由PETRONAS资助的研究(项目号UTVSB/CP/P.20221001006)不仅解决了资源短缺问题，更开创了"绿色冶金"新范式。正如通讯作者Muzamir Mahat副教授指出，该技术有望推广至钠离子电池回收领域，为可再生能源存储系统提供可持续解决方案。