2023年6月20日,我院太行学者牛博作为第一作者和通讯作者在Chemical Reviews(IF = 72.087)发表了题为“Recycling hazardous and valuable electrolyte in spent lithium-ion batteries: urgency, progress, challenge, and viable approach”综述文章。Chemical Reviews是由美国化学学会于1924年创刊,影响因子达72.087,在化学、环境、材料及交叉学科领域中具有极高的学术影响力。这是我院首次以第一单位在该期刊上发表学术论文,同时,也实现了河北农业大学在该期刊论文发表零的突破。
近年来,随着新能源汽车行业的迅猛发展,锂离子动力电池(LIBs)的需求量急剧增长。2024年电动汽车中LIBs的需求将达到2210亿美元。然而,动力电池的寿命为3~8年。随着动力电池退役高峰期的到来,每年全球约产生200万吨的废旧LIBs。废旧LIBs含有锂、钴、锰、镍等有价金属,具有重要的回收价值。作为全球最大的LIBs制造和消费国家之一,2030年中国LIBs回收市场空间预计超过1500亿元。目前,废旧LIBs的回收研究多集中于正极(LiCoO2、LiFePO4、LiNiCoMnO2等)和负极(石墨)材料,其它组分如电解液、粘结剂、添加剂等并没有受到重视。然而,废LIBs回收过程产生的毒害物质主要来源于上述被忽略的组分。电解液是废旧LIBs中最危险和难处理的组成部分,其中的LiPF6很容易与空气和微量水发生反应,释放有毒物质POF3, PF5, HF和H3PO4等。同时,电解液中碳酸盐溶剂和阻燃剂等添加剂易于产生挥发性有机污染物。电解液产生的这些有害物质极易扩散到水、土壤和空气中,造成环境污染,严重威胁人体健康。因此,电解液的有效处理对废旧LIBs资源回收和环境保护至关重要。
该论文系统总结了废旧锂离子电池电解液回收的最新进展、挑战与可行策略。该综述首先阐述了电解液回收的紧迫性和重要性,并分析了电解液回收被忽视的原因。然后介绍了电解液收集方法的原理和过程,包括机械处理法、蒸馏冷冻法、溶剂萃取法和超临界CO2法。同时还讨论了电解液的分离和再生,重点讨论了锂盐的回收方法。并分析了上述电解液收集和分离回收方法的优缺点和存在的挑战。基于以上分析以及作者团队有关LIBs的回收经验,提出了5种可行的电解液工业化回收方法:机械处理结合热蒸馏、高温蒸汽、CO2气氛下负极原位催化热解、机械力化学原位催化以及放电结合超临界CO2萃取。最后展望了电解液回收的未来发展方向。
该论文旨在展现中国关于废旧LIBs电解液回收的最新研究成果,为中西方国家在电解液处理方面搭建学术桥梁。对经济、高效、环保的回收废旧LIBs电解液具有重要指导和推动意义。该论文得到了河北农业大学引进人才科研专项等项目的资助。
注:图形摘要右边五星红旗和电动汽车代表着中国关于废旧LIBs电解液回收经验
牛博校聘教授2021年10月份以太行学者三层次A引进到我校资环学院,主要从事固体废弃物资源化和材料化理论与技术研究。近5年,以第一作者身份发表中科院1区SCI论文11篇(影响因子10以上7篇),包括化学、环境和材料领域期刊Chemical Reviews, Environmental Science & Technology, Journal of Materials Chemistry A, Energy & Environmental Materials, Green Chemistry, Journal of Hazardous Materials, Journal of Catalysis, ChemSusChem等;已授权国家发明专利5项。获得博士后创新人才支持计划、上海市超级博士后和钱易环境奖等。