电动汽车电池的革命：通过简单流程即可恢复95%的容量

当电池寿命即将结束时，一个重大问题在于目前的许多回收流程都需要通过破坏电池来获取其内部材料。康奈尔大学的一组研究人员现在提出了一种截然不同的方法：他们不拆解电极将其转化为原材料，而是试图直接恢复电池的功能并再次使用它。这种被称为DEER的方法在测试中已成功让电池的容量恢复到原来的95%。

关键在于锂离子电池常见的老化机制之一。在每一次充放电循环中，电极上都会积累一层被称为SEI的薄膜，这是一种固体界面层，对电池的正常工作起着重要作用，但一旦其厚度过度增加，就会阻碍电子的移动。当这层薄膜变厚时，电池电阻上升，可用容量也会开始下降。

康奈尔大学的研究人员开发出一种名为直接电极对电极再生（DEER）的技术，专门用于处理这一层物质。他们将用过的电池中的电极完整取出，放入含有1,3-二甲基-2-咪唑烷酮（即DMI）的电化学溶液中。这种化合物能够溶解大部分积聚在界面处的物质，同时不会破坏电极的结构。

经过处理后，这些电极可以再次被用来制造新的电池。这与传统回收方式有显著不同——在传统回收中，电池会被粉碎并变成一种被称为“黑渣”的混合物。人们需要通过高温处理或化学方法从这种黑渣中提取锂、镍、钴、锰、铜或铝等材料，但原有的电极在处理过程中就会消失。

康奈尔大学获得的实验结果尤为引人注目。通过DEER技术再生的电池恢复了高达95%的初始容量，而且其老化速度也慢于未经过处理的旧电池。在测试中，未经再生且已老化的电池每循环的容量损失率为0.072%，而经过处理后这一数值降至0.042%。这种较低的老化速度在大约800次循环后才会再次上升。

该实验还为这些电极实现多次使用寿命提供了可能。研究人员对已经经过再生处理的电池进行了第二次处理，成功使其恢复了约90%的初始容量。这并不意味着任何电池都能无限次地经历这一过程，但它确实表明，当主要问题在于电极上该层的积累时，再生操作是可以重复进行的。

这里介绍一款针对电动汽车极为有趣的应用。康奈尔大学研究的电池其健康状态处于70%到80%之间，这一水平往往恰好是电池不再能满足汽车特定需求的时候。不过，电池容量下降并不一定意味着其电极已经损坏。如果性能衰退主要是由界面层积累造成的，那么仍有大量材料可以被回收利用。

这并不意味着DEER会取代传统回收方式。该方法的适用范围相当有限。如果电池出现锂流失、颗粒破裂、结构损坏或机械故障，仅仅去除表面层并不能解决问题。在这种情况下，仍然需要能够从受损电池中回收材料的处理工艺。

此外，要将这项技术应用于量产的电动汽车，仍存在一个重大障碍。研究人员发现，直接将DMI注入完整的电池单元并不能取得理想效果。必须先拆解电池，取出电极，对其进行处理和清洗，之后才能再次使用。在实验室中可行的方法需要转化为安全、可重复且能够处理大量电池的工业化流程。

经济层面同样值得关注。该研究估计，通过DEER技术制造回收电池的成本约为每公斤15.25美元，而采用火法冶金则需26.31美元。以2026年9月21日的汇率计算，这一数值约合每公斤13.3欧元，而传统方法则为每公斤22.9欧元。康奈尔大学的分析还表明，与传统工艺相比，采用这种新方法制造回收电池的成本可降低56%。

但有一个重要的细节需要注意。在公布的估算中，DMI约占该工艺成本的63%，而目前的计算尚未考虑将其回收再利用的成本。如果工业界能够高效地回收并重新使用这种化合物，整个系统的经济效益有望提升，不过这还需要在实验室之外得到验证。

目前，康奈尔大学团队接下来的步骤是使用更大容量且来自实际应用的电池来测试DEER，同时尝试解决锂流失等其他老化问题。如果能够克服这些障碍，这一理念有望改变我们对电池回收方式的认知：我们不必总是等到电池寿命终结才回收其材料，因为在某些情况下，先修复那些仍可使用的部分可能更为可行。

来源 | Pubs.rsc.org