锂电回收的当前解决方法和预期发展方向

我国储能网讯：上世纪90年代锂离子电池（LIBs）的商业突破不可改变地塑造了当今的能源存储格局，但是废旧电池对环境的危害日益加剧。最初，人们可能会认为回收过程是值得赞扬的技术，以确保与LIBs制造的平衡。但是，问题仍然在于，当前的LIBs回收技术是否可以视为绿色环保。此问题是由于在回收过程中使用了有毒化学物质或出现有害物质所致。除了潜在的毒性外，当前的解决方法还伴随着大量的能源消耗，导致二氧化碳排放，这与循环经济原则不符。

近日，瑞典斯德哥尔摩大学AdamSlabon对已发表的研究文章和专利进行了严格的评估，以期对LIBs回收技术的可持续性有一个全面的了解。尽管工业应用的回收技术效率可以表现出很高的总体效率，但它们的一般工艺设计通常是基于废物减少和下游循环。相反，LIBs的可持续循环利用应依靠循环过程，以确保所有材料的循环利用朝着零浪费的方向发展，并最大程度地减少能源利用。本文介绍了LIBs回收的当前解决方法和预期的发展，从拆除组件分离到应用生物衍生材料。该综述的重要焦点是LIBs回收的化学方面，而不是回收的技术方面。相关成果发表在国际著名期刊Adv.EnergyMater.上。

1、LIBs技术

锂的轻摩尔重量和低氧化还原电位促使研究人员对锂金属负极电池技术进行历史性研究。采用锂金属作为负极的锂离子电池技术，如Li/MnO2和Li/Ag2V4O11，在20世纪70年代已经商业化。Goodenough及其同事在20世纪80年代首次展示了已锂化的正极材料（在放电状态下）的使用。有关早期的可充电锂离子电池来说，锂枝晶在长时间循环中的上升导致容量损失、短路和最终的爆炸危险是一个巨大的安全问题。在负极部分使用插层材料，可以通过在负极上以离子状态沉积锂来防止枝晶生长。这种摇椅式锂离子电池得到了许多科学家的贡献，并最终形成了C/LiCoO2摇椅电池的商业化。图1显示了LIBs的示意图和工作原理。典型的锂离子电池由两种电极材料组成，锂离子可以以可逆的方式前后插入其中。通常将锂盐（例如LiPF6）溶解在有机溶剂（例如EC:DMC）中作为电解液。与传统的二次电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低等优点。

图1LIBs的原理图和工作原理

1.1电解质

锂离子在电池的正负极之间来回穿梭，通过介质传递离子。介质被称为电解质，LIBs的常规电解质由锂盐（LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiClO4和LiCF3SO3）和非水系有机溶剂（如EC、DMC、PC和DOL）组成。商用LIBs中最常用的电解液是有机液态电解液，该电解液由LiPF6和EC与另一种碳酸酯（DMC、DEC或EMC）的混合物组成。选择碳酸酯基电解液重要是因为它们能够溶解锂盐，在4.7–1.0V的大电位窗口中相当稳定，并在石墨负极材料上形成保护性固态电解质界面（SEI）层。传统碳酸酯基电解质的高成本和低安全性是寻找替代电解质体系的重要原因。近十年来，基于离子液体、无机固态电解质和聚合物固态电解质的不同电解质体系受到了密切关注，但基于这些体系的广泛商业应用尚不存在。市面上有以“锂离子聚合物电池”为名的商用电池，但实际上这些系统大多含有有机液态的胶状聚合物（PEO）和（PAN）。这可以看作是碳酸酯基电解液和聚合物固态电解质之间的折衷。

1.2负极

LIBs中早期使用的石墨负极材料规避了与负极侧相关的安全风险。然而，石墨作为负极材料的使用也大大降低了容量。因此，开发比容量高、循环性能好的负极材料是当今许多研究者和公司关注的焦点。负极侧的其他关键参数是低成本、低环境影响和高能量密度。负极材料的工作电位应接近参考（Li+/Li）电极电位，以使电池整体电势最大化。但也要注意的是，高于Li/Li+0.5V的电位可显著提高安全性。石墨属于插入式负极材料，具有电化学稳定性好、成本低、易于生产、利用率高等优点。Li4Ti5O12和TiO2基负极材料是另一种吸引人的插入式负极材料，受到学术界和工业界的关注。Li4Ti5O12基负极由于其优异的循环稳定性和快速的动力学特性，目前被用于插电式电动汽车。另一类负极材料为过渡金属氧化物（例如CoO、NiO、Co3O4、Fe3O4）、氮化物（例如Cu3N、Fe3N、Co3N）和磷化物（例如VP4、FeP2、MnP4、CoP3）。

1.3正极

锂离子电池的工作电位重要由正极决定，因为广泛使用的负极材料的还原电位接近参考（Li+/Li）电极电位。因此，正极材料构成了电池的心脏，当今大多数应用和基础科学研究都集中在正极材料上，并且努力寻找低成本的高重量和体积能量密度的材料。因此，在回收利用方面，正极材料在LIBs的其他成分中值得特别关注。自LIBs商业化以来，LiCoO2氧化物一直是正极材料的首选。此外，层状富镍氧化物（Li[Ni1-xMx]O2和NMC（例如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2））由于其高容量、低成本和高倍率下良好的循环稳定性而被证明是有力候选者。第三个最常用的正极家族是基于聚阴离子的正极，特别是LiFePO4。目前在实际应用中使用的第四类正极电极由尖晶石结构的材料组成，如LiMn2O4。

2、锂离子电池的传统回收

LIBs回收的现有流程通常可以根据图2所示的方法进行分类。重要回收过程包括：1）材料准备，即按类型对电池进行分类、放电和拆卸，有时可将其称为预处理；2）然后，手动拆卸由塑料、各种类型的钢或金属-塑料复合材料制成的电池外壳；3）随后，分离、机械处理（通过切割、粉碎、压碎和筛分）出现的电池元件（电极、薄膜等）；4）最后，提取金属。

图2废旧LIBs回收的一般途径

火法冶金是从矿石和二次资源中提取金属的一套公认的高温工艺，即煅烧、焙烧、氧化还原或熔炼，这些过程会导致被加工材料的化学和物理性质及形态发生变化。热处理通常得到三种重要产物：金属合金组分、熔渣和气体。金属合金组分，通常由过渡金属（如钴、镍或铁）组成，这取决于电池组分，在大多数情况下定向用于湿法冶金精炼工艺。电池中的所有锂与其他金属（如铝和锰）一起消失在熔渣中，无法通过热处理提取。因此，从炉渣中回收锂的下一步也要进行湿法冶金。在较低温度（高达250℃）下热冶金处理过程中形成的气体重要由电解液中的挥发性有机化合物组成，而在较高温度下，粘合剂组分和电极材料分解释放出气体。虽然废旧LIBs的热处理是过渡金属回收的一种常见且相对有效的方法，但它要大量的能量投入。火法冶金的另一个缺点是在粘合剂、电解液等燃烧过程中排放有毒气体。一般来说，火法冶金供应的材料可能更多地被归类为半成品，而不是准备再利用的产品，在废旧LIBs的回收周期结束之前仍然要精炼或加工。在许多工业回收过程中，通常采用混合的火法和湿法冶金处理方法，以尽量减少这些缺点。

湿法冶金实现了从矿石、精矿和二次资源中提取金属的水溶液。在全球范围内，该行业采用的重要湿法冶金工艺是浸出、溶剂萃取、电解和胶结。大多数工业技术将浸出作为一种高效的金属提取方法，通常采用矿物酸溶液作为浸出剂，其中大多数过渡金属和贵金属都是可溶的。火法冶金处理重要为制造商供应半成品，这些半成品通常要从废料中提炼或从冶炼合金中分离金属。事实上，由于效率的提高，许多已知的火法冶金工艺已经被湿法冶金方法所取代。湿法冶金回收废旧LIBs获得的产品纯度高，不仅可以用于新电池，而且也适用于其他应用。此外，湿法冶金不要很高的能量输入，在经济上认为是可以接受的。但是，在进行这些过程（特别是一些有机溶剂）时可能会出现有毒废物，实现金属高度纯化所需的时间相对较长。

由于贵金属含量高且回收方法相对简单，所述的LIBs回收技术大多集中在正极材料上。金属回收的合适方法选择重要取决于正极成分。Recupyl的发明专利描述了一种复杂的回收方法，该方法可以将物理、化学和电化学分离以及单个组件的回收技术结合起来，可用于所有类型的锂金属电池的回收（图3）。整个过程不能描述为封闭的循环过程，因为在回收了上述组件之后，会出现可预测的大量工业化学不可回收废物。目前缺少有关回收操作气体、化学品和废水的策略，因此无法将该方法用作绿色LIBs回收的基础。

图3Recupyl的回收工艺

住友金属矿业（SMM）开发的原始“电池到电池”工艺的目标是回收含镍、钴和铜基金属成分的电极材料（图4）。应该注意的是，现有文献中没有描述几个预处理步骤。由于没有有关辅助材料回收、环境保护和废物处理策略的信息，因此无法确定性地评估SMM过程的循环可持续性。

图4SMM的回收工艺

图5举例说明了已作为单独工艺步骤（也称为LithoRec工艺）申请专利公布的回收工艺。在整个回收过程中废旧LIBs成分的回收率可能最高-仅在机械处理的情况下为72%，在随后的湿法冶金处理中为91%。整个LithoRec工艺极其复杂，其特点是会形成危险气体、有机溶液、酸性残留物和生产用水。这种污染物的组合要精确和定制的净化技术，以及操作和维护的特殊安全规定。

图5LithoRec工艺

阿尔托大学开发的实验室工艺包括改进了经典的火法和湿法冶金子工艺，在废旧LIBs成分的总回收率达到99%（图6）。该工艺报告达到了关键原材料的高回收水平，但由于其复杂性和大量使用的化学品，而没有解释副产品和废物的处理方式，因此可能会限制其规模化和工业化以替代现有工艺的可持续发展。

图6阿尔托大学开发的实验室工艺

3、LIBs的可持续回收

目前的LIBs回收技术重要集中在无机化学基础和传统技术上。可持续的回收过程不仅应减少有毒化学物质对环境的污染，而且还应包括对CO2的处理。考虑到电池是多组分系统的事实，必须从出现有害的化学化合物以及伴随能耗的角度考虑所有热处理。因此，LIBs回收背后的化学用途应基于整个回收和价值链的综合方法，以便被认为是真正可持续的。根据这些论点，本节总结了用于回收LIBs单个组分的可持续化学方法的最新进展。

3.1正极材料

一种选择性回收金属离子的替代方法是基于固相萃取，即从电池浸出溶液中将金属离子吸附在吸附剂材料上而不会沉淀。吸附剂充当金属离子捕获剂，可以将金属离子可逆地结合到其表面。通过应用带有接枝官能团的多孔吸附剂来实现钴离子捕获的高选择性，该方法已被证明可回收钴离子（图7）。Co2+离子捕集系统是通过与合成的螯合剂选择性结合来实现的。在Li+、Ni2+、Cu2+、Al3+、Mn2+、Fe3+、Ca2+、K+等竞争离子存在下，吸附Co2+的选择性约为90%。吸附剂的稳定性和功能性可以维持20次以上的循环。最近，应用离子液体被证明是从废旧正极中回收过渡金属的另一种有前途的方法。此外，尽管在回收过程中施加高温不是可持续性的优先方法，但在某些情况下，只有在室温以上才能获得潜在的好处。例如，可以在900℃下通过与Li2CO3进行固相反应来重新活化来自正极的用过的LiCoO2粉末，并重新用于新的LIBs中。

图7多孔吸附剂实现选择性捕获钴离子

在LIBs回收中一个经常被忽视的问题是：如何使锂真正进入电极？Wächter等通过确保在非导电金属氧化物上形成纳米级均匀的碳涂层，供应了一种创新的解决方法。利用Li2C2和V2O5之间的拓扑固态反应，在锂化的正极材料LixV2Oy上形成了几纳米厚的碳涂层。原位涂覆的碳确保了导电性，防止了颗粒团聚，同时无需使用溶剂即可将锂嵌入电池中。LiFePO4正极的近无溶剂回收利用的优势是最近在LiFePO4/碳粉和NaCl作为共研磨剂的机械固相反应中实现的。LiFePO4晶体中的Li与Na同构取代，从而实现了LiFePO4正极的无溶剂回收。通过技术经济估算，每回收1千克LiFePO4可获得3美元的利润；此外，没有多余的化学物质暴露于环境之外（图8）。

图8LiFePO4正极的无溶剂回收

3.2负极材料

尽管碳材料对各种绿色应用出现了影响，但负极材料的可持续回收还没有像正极材料那样得到广泛研究。为了回收高性能碳，通常要进行湿法冶金处理，然后进行过滤、浮选和沥滤，以去除金属杂质。该过程能够获得容量为377mAhg-1的LIBs的碳负极。石墨负极中嵌入的Li+通常为促进堆叠的碳层剥落成石墨烯供应了机会。在持续的充放电循环以及随后对用过的石墨负极进行超声处理之后，减小的层间力可使分散的石墨烯片的最高质量产率达到40wt％。获得源自废旧LIBs碳负极的石墨烯的另一种方法是在电池拆卸后氧化为氧化石墨。后者可以通过热还原转化为石墨烯，并可以用作电极材料或导电添加剂。

废旧LIBs回收的碳负极可在最后一次脱锂步骤之后直接用于钠离子电池。Liang等人利用这一策略，即在氩气气氛下对废碳电极进行热处理，成功地生产出新的碳负极。有关基于碳纳米管的负极，从废旧LIBs中回收单壁碳纳米管可以以比传统合成低50%的价格供应高质量的碳材料。在650℃以上，HCl酸浸结合热氧化可以保持碳纳米管的形貌，得到的碳材料可以作为LIBs负极重复使用。尽管存在毒理学方面的问题，这种负极可以供应650mAhg-1，与原始的纯碳纳米管电极相当。

在封闭的电化学系统中实现了一种创新的嵌入式解决方法，用于从废旧LIBs中回收锂（图9）。该废料制锂系统基于室温下的电化学反应，使用三个功能部分进行操作。两个正极室，一个用于废料，一个用于回收回收的锂，以及一个位于两个正极室之间收集锂的负极室。充电后，Li+从废物中提取出来，并在负极收集室还原为锂金属。所获得的金属纯度为99％，此时可以将其从系统中提取，或随后与水进一步反应以出现高纯度的LiOH和Li2CO3。与现有的锂回收技术相比，这种可持续性系统的优势是无需酸、可扩展性以及在室温下可能的运行。

图9嵌入式废锂回收系统示意图

3.3电解质

循环经济中产品的价值链应尽量减少浪费，并理想地实现所有用过化学品的完全回收。在LIBs的情况下，由于首圈循环期间SEI的形成，即电极表面处的电解液的部分分解，使得从含义上讲不可能实现100％的电解液回收。由于普通电解液中包含LiPF6，加热时会出现有毒的中间体和最终化合物，因此已探索出替代方法来开发可持续的电解质回收工艺。与使用有机溶剂萃取相反，施加超临界CO2可以最大程度地减少杂质，从而促进萃取过程。鉴于工业中出现的大量CO2以及碳捕集策略的进展，超临界CO2在电解液回收中的应用可能因此结合起来，形成一个综合的可持续系统。Liu等人研究了使用超临界CO2萃取回收电解液，然后用树脂和分子筛进行净化，回收的电解液获得了0.19mScm−1的高离子电导率；该值接近用于LIBs的市售电解液。电化学稳定性仍高达5.4V（vs.Li/Li+），在Li/LiCoO2电池中达到115mAhg−1的容量，在0.2C下循环100次后容量保持率为66%。

3.4隔膜

由于电池使用后的经济价值较低，隔膜的回收利用常常被忽视；然而，完整的生命周期分析要考虑这些成分。由于隔膜重要由聚丙烯和聚乙烯形式的聚烯烃膜组成，因此，假如将电池技术视为对环境无害的，则其固有的不可生物降解性便要回收或再利用策略。将隔膜转化为碳作为电极材料是一种有效的价值化方式，但应该指出的是，加热过程不可防止地会出现CO2。从废旧隔膜中分离出来的多孔硬质碳具有作为电极材料的潜力。Wang等人利用聚酰亚胺隔膜合成了氮掺杂多孔硬碳，在碳边缘同时显示吡啶氮和吡咯氮原子（图10）。当组装到LIBs中时，这些隔膜衍生的碳材料可实现接近100%的库仑效率，在20mAg−1下的可逆Li+存储容量为380mAhg−1，并且在超过1000次循环中，每圈循环容量衰减率为0.009%。除碳化反应外，还发现，假如将隔膜从废旧LIBs中适当移除，可重复用于LIBs。使用LiMn2O4正极和锂金属负极的半电池中，可重复使用的隔膜显示的容量几乎相等，为123mAhg−1。

图10氮掺杂多孔硬碳的表征

4可再生材料作为电池组件的替代品以减少回收的要

4.1电池组件的生物基材料：这如何影响和使回收更环保？

在锂离子和锂硫电池的电极、电解液和隔膜组件中，可再生或生物基材料是传统化石材料的替代品。以电动汽车为例，可以用生物基电解质（8wt%）、石墨电极（15wt%）、隔膜（2wt%）和粘合剂材料（2–3wt%）取代电池重量的四分之一。锂离子电池的可再生前体材料应：i）可以从非食品，数量丰富且在后勤上可行的生物质资源中获得，最好从工业支流中获得；ii）要最少的物理化学处理；iii）显示出与当前基于化石的材料相似或超越的性能；iv）不造成污染，例如有害废物的积累或挥发性有机碳的排放；v）电池寿命结束后可回收再利用。

可再生木质纤维素植物生物质及其重要成分纤维素、半纤维素和木质素是最具吸引力的电池组件原料。木质纤维素可从农作物的收获残余物（例如谷物秸秆和玉米芯）以及林业侧流（例如树皮和锯末）获得。也有木质纤维素副产物，如芳香族聚合物木质素，可从纤维素纸浆纤维、生物燃料和生物化学制品的生产中获得。本综述专注于以下可再生原料：来自植物生物质的纤维素和木质素、海藻中的海藻酸钠、甲壳类动物壳中的甲壳素和壳聚糖。

生物基锂离子电池组件的长期稳定性和技术性能因容量和导电性的限制而存在不足。生物基电极和电解质将要生产水和土地，这可能会在没有可持续森林或农业产业的地区造成间接土地利用变化。因此，在实际应用中，将生物基材料用于可充电池以取代传统或类似的电池系统和材料不是唯一的目标。当多余的生物质很容易获得时，应考虑使用生物基电极和电解质材料作为利用过量生物质的替代方法，并且在达到其实际使用区域的使用寿命后可以重新利用。尽管如此，在评估中应该很关键的一点是，与传统组件相比，生物衍生组件是否使回收更容易或更困难。

4.1.1生物衍生电极材料

有关LIBs的生物基多孔碳负极有很多文献，尽管重要动机可能是简单地替代基于化石的碳，但可再生聚合物作为碳前体显示出一些独特的特点。有关在电极中高效沉积Li+离子特别有吸引力。通过自下而上（生物质碳化）或自上而下（用含O/N/S的化合物掺杂生物基聚合物）的方法，可以用氧、氮或硫等非金属元素掺杂生物碳。

由于芳香族植物聚合物木质素相对较高的碳含量≈60%，近年来木质素衍生含碳材料的生产受到了极大的关注。木质素衍生的碳纤维薄膜已经被证明是多孔材料，能够生产无粘合剂的锂离子电池。最近显示，木质素与聚乳酸（PLA）混合的静电纺丝可生产复合纤维，作为多孔碳纳米纤维的前体。碳化过程中，PLA的热分解有助于形成碳纳米纤维的多孔形态（图11）。随后在LIBs中使用多孔纳米纤维作为电极，在500次充放电循环后，容量值为611mAhg−1，比容量没有明显损失。

图11静电纺木质素-聚乳酸复合纤维作为锂离子负极材料多孔碳纳米纤维的前驱体

纤维素是电池电极中最具工业相关性的可再生聚合物。纤维素通常代替传统粘合剂，并为电极供应结构支撑。未改性纤维素的主链含有亲水极性基团，如羟基（-OH）和乙醚（-C-O-C-）等，似乎在克服锂枝晶形成中起着关键用途。此外，化学过程会将硫酸盐（-C-O-SO3-）和羧酸（-COOH）基团引入纤维素纳米晶体和纳米纤维中，这些都是很有前途的膜材料。Chang等人通过在锂电极表面简单地放置一张薄纸来提高锂负极的循环能力。在纸涂层的存在下观察到均匀的锂离子分布，有效地抑制了锂枝晶的生长（图12）。在电流密度为5mAcm−2时，纸涂层电池表现出1000h的可逆性。

图12应用于铜箔表面的纤维素纸防止了锂枝晶的形成

纤维素基电池的最新研究进展提到了纤维素的许多有益特性，例如其从微尺度到纳米尺度的定制孔隙率和纤维宽度。甲壳素及其脱乙酰对应物壳聚糖是葡萄糖胺基多糖，已用于制备锂离子电池负极的氮掺杂碳。壳聚糖低聚糖最近被证明有利于在锂金属负极中实现锂的均匀沉积，可提高容量和循环稳定性。天然聚合物，如海藻酸钠、壳聚糖/还原氧化石墨烯、阿拉伯树胶和含聚氧化乙烯的单宁酸也被用作电极粘合剂，在锂硫电池的硫正极中取代PVDF。

4.1.2生物基电解质

锂离子电池中的传统电解质是溶解有锂盐的有机溶液。由于其易燃性和与环境污染相关的风险，人们一直在努力寻找更可持续的替代品。事实上，通过使用可生物降解聚合物（如醋酸纤维素CA）作为锂离子电池的电解质成分，已经取得了令人鼓舞的结果。Kim等人最近报道了一种基于磺化甲基纤维素和三氟甲烷磺酸锂盐的可回收聚合物固态电解质。除纤维素醚外，可生物降解纤维素酯已被用作超级电容器的固态电解质和锂离子电池的静电纺聚乳酸-钙复合凝胶聚合物电解质（GPE）的组成部分。此外，木质素基电解质正日益成为传统电解质的生物基替代品。但同样，与固态聚合物电解质类似，与传统液态电解质相比，其离子导电性较差，要更高的工作温度，电极-电解质界面的改变和混合系统的妥协将是许多生物基电解质实际应用的重要缺点。

4.1.3生物衍生隔膜

纤维素衍生材料是一种耐用、可生物降解的材料，可作为LIBs的隔膜材料。纤维素和纤维素衍生物已被用作合成聚合物隔膜上的涂层，以新增功能性，如与电解质的亲和力、与电极、粘合剂的相容性、新增的离子导电性和热稳定性。与纤维素衍生物及其与合成聚合物和无机化合物的复合物相比，天然（纳米）纤维素在使用水解或机械分解和分离技术的简化回收过程中具有明显优势。

4.2生物衍生电池组件的回收利用

LIBs生物基组分的一些固有特性有助于其回收利用。如上文所述，由于在热循环过程中可能出现有毒中间体和易燃溶剂蒸汽，因此，回收含有LiPF6的非质子溶剂存在严重风险。生物基电解质在这方面具有明显的优势，因为它们具有不燃性、无毒性和无腐蚀性。水溶性聚合物电解质从回收的角度来看特别有吸引力。

总的来说，文献缺乏有关含生物基成分的LIBs回收的报道。尽管如此，仍可以确定几个关键领域，在这些领域，可再生资源可以帮助电池回收过程比现在更环保（图13）。由于纤维素、壳聚糖和木质素等天然高分子具有独特的可定制溶解性，因此可以利用水或水系有机萃取介质对其进行选择性萃取。此外，由于没有回收过程实现组分的完全回收，可持续来源的可再生聚合物可作为“补充”资源，同时基于最有价值（无机）组分优化整个回收过程。

图13可再生聚合物作为LIBs组件和绿色回收概念的推动者

5、回收LIBs以外的基于锂的存储设备

5.1全固态电池

无机固态电解质和聚合物固态电解质被认为是下一代全固态锂离子电池的基础，因为它们无需使用隔膜，并通常具有更好的热稳定性和化学稳定性、易于生产和材料的高可用性。聚合物固态电解质通常基于添加了锂盐的PEO。聚合物电解质成本低、无毒、易于加工，与有机液态电解质相比，为LIBs供应了许多工程效益，但在室温下，聚合物固态电解质中的离子传导相对较差，要求更高工作温度（70–90℃）是许多实际应用的缺点。通过研究含添加剂、不同锂盐和不同聚合物主链的杂化体系，这个问题正在得到解决。另一方面，无机固态电解质也可以通过抑制枝晶生长来使用锂金属负极，从而提高整体能量密度。无机固态电解质也有助于高容量电极材料的使用，这些材料与当前的液态有机电解质结合在其他方面存在稳定性和安全性问题。然而，尽管无机固态电解质表现出良好的离子导电性，但由于电极/电解质的接触损耗，因此尚未实现在大型电池和长期应用中的应用。

5.2Li–O2和Li–S电池

Li–O2和Li–S电池是可充电锂离子电池的最终目标，可使插电式电动汽车的行驶里程超过1000公里，并使基于可再充电锂离子电池的储能系统得以大规模使用。Li–S和Li–O2电池的示意图如图14所示。放电时，Li在非水有机电解液中被氧化生成Li+，并通过一系列电化学反应，形成Li2O2和Li2S分别作为Li-O2和Li-S电池的最终放电产物。与目前的市场技术相比，Li–O2和Li–S电池的能量密度非常高，其理论值分别为3505和2567Whkg-1。

图14Li–S和Li–O2电池的示意图

5.3未来电池技术的回收利用

尽管所有这些尚未上市的未来锂离子电池技术（全固态、Li–Air和Li–S）都存在着根本不同的科学和工程问题，但可以预期的是它们通常会采用锂金属负极，以充分利用其优势，并进一步提高实际能量密度。因此，在回收技术方面，锂金属负极的回收应是未来锂基储能技术的重点。可以预期，不直接与电解质接触的多余锂金属可以机械方式直接从电池中分离出来，并在惰性气氛下进行表面抛光。锂金属与电解质及电池其他部分接触后，可与水简单反应生成LiOH·H2O，随后生成Li2CO3。

【总结与展望】

该综述的重点是与锂离子电池回收有关的化学方面，并对目前运行的技术的可持续性进行了严格评估。回顾了最近发表的研究文章、最新进展、授予的专利申请和新提交的专利申请，以全面了解现代回收技术的可持续性，以及新兴工艺的工业活动。特别研究了在循环经济原则下接近于材料管理的回收技术，但对单个回收步骤的剖析表明，目前超出实验室规模应用的技术解决方法远不能被认为是可持续的。对回收过程中涉及或出现的潜在有毒化学物质的分析提出了一个问号，即当前的回收途径是否可以作为大规模的可持续技术使用，而不会出现负面的环境和社会影响。

JędrzejPiątek,SemihAfyon,TetyanaM.Budnyak,SerhiyBudnyk,MikaH.Sipponen,andAdamSlabon*.SustainableLi-IonBatteries:ChemistryandRecycling.Adv.EnergyMater.2020.

DOI:10.1002/aenm.202003456