综述：离子液体在废旧锂离子电池回收中的研究进展：从金属提取到材料再生

（编辑推荐）本综述系统阐述了离子液体(ILs)在锂离子电池(LIBs)回收领域的创新应用，聚焦其结构可设计性、低挥发性及高热稳定性优势，详述了在正极材料预处理、溶剂萃取及再生中的突破性进展，为破解传统火法/湿法冶金高能耗、二次污染难题提供绿色解决方案。

　　

离子液体：开启锂电回收的绿色密码

作为清洁能源的核心动力组件，锂离子电池(LIBs)正随着电动汽车和储能产业的爆发式增长呈现指数级市场规模扩张。其中富含锂、钴、镍等战略金属资源的正极材料，其高效回收对缓解矿产资源短缺、降低环境风险至关重要。传统火法冶金和湿法冶金技术长期面临高能耗、二次污染严重以及金属分离效率低下等瓶颈问题。而具有结构可设计性、低挥发性、高热稳定性和优异溶解性能的离子液体(ILs)，在正极金属组分选择性提取方面展现出独特优势。

典型LIB回收方法面临转型挑战

当前正极材料回收技术主要包括直接回收、火法冶金和湿法冶金三种路径。虽然火法-湿法组合工艺已实现工业化应用，但高温焙烧过程会产生氟化物、二噁英等有毒气体，而酸浸环节则伴随大量废水排放。更棘手的是，传统方法对LiFePO₄(LFP)和LiMn₂O₄(LMO)等低价值正极材料的回收经济性较差。值得注意的是，中国对钴、锂的进口依赖度分别高达80%和90%，这种资源困境倒逼回收技术革新。

离子液体的分子设计革命

由有机阳离子与无机/有机阴离子组成的ILs，其熔点通常低于100°C，且蒸汽压显著低于传统溶剂。这种特性使其在反应过程中能有效减少环境挥发，实现高效循环利用。更关键的是，ILs可耐受300°C以上的高温环境，完美规避了传统溶剂在高温下的爆炸风险和性能衰减问题。通过精准调控阳离子骨架（如咪唑、吡啶、季铵盐等）与阴离子类型（如[PF₆]^-、[NTf₂]^-），可定向优化其对特定金属的配位能力。例如，含磷酸三丁酯功能化的咪唑类ILs对Co²⁺的分配系数可达传统萃取剂的3倍以上。

金属提取的绿色突破

在浸出环节，酸性功能化ILs可同时作为溶剂和浸出剂。比如[Hbet][Tf₂N]在90°C下对LiCoO₂中钴的浸出率超过99%，且ILs经简单脱水即可循环使用5次以上。萃取分离方面，脂肪酸基疏水性ILs能在15分钟内实现Co²⁺/Ni²⁺近完全分离，其选择性源于阴离子与金属离子的配位能差异。特别值得关注的是，某些双功能ILs可通过pH响应实现Li⁺与过渡金属的分步沉淀，省去繁琐的萃取-反萃步骤。

材料再生的创新路径

超越传统金属回收概念，ILs在正极材料直接再生领域展现出惊人潜力。低粘度ILs能温和剥离电极片中的聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂，完整保留正极材料晶体结构。更有研究证实，将再生后的LiNi_xCo_yMn_zO₂(NCM)与ILs共混作为固态电解质，可使电池循环寿命提升20%以上。这种"回收-再生-增强"的一体化策略，为构建闭环式锂电生命周期提供了新范式。

工业化进程的挑战与机遇

尽管实验室成果显著，但ILs的大规模应用仍面临成本控制、工艺放大和设备腐蚀等现实障碍。当前ILs价格是传统溶剂的5-10倍，但通过开发低共熔体系（如胆碱 chloride-尿素）可大幅降低原料成本。在反应器设计方面，微通道连续流技术能有效解决ILs高粘度导致的传质限制。值得注意的是，欧盟已将ILs纳入关键原材料回收技术路线图，预示着该技术即将迎来产业化拐点。

未来研究应着力于开发低成本、生物可降解的ILs体系，建立标准化的性能评价数据库，并探索机器学习辅助的分子设计策略。随着各国碳减排政策的收紧，兼具环境友好与高效回收特性的ILs技术，或将成为破解锂电可持续发展难题的金钥匙。