研究背景
鋰離子電池（LIBs）是一類高效、可充電的儲能器件，因其高能量密度、長壽命和良好的循環性能，廣泛應用于電動汽車（EVs）、固定式儲能系統（BESS）等領域。與傳統的鉛酸電池等儲能材料相比，鋰離子電池在能量密度、循環壽命和環保性能方面具有顯著優勢。然而，隨著電池大規模應用，役盡電池數量快速增長，廢舊電池和制造過程中的邊角料帶來了資源浪費和環境污染等問題，因此電池材料的高效、環?；厥粘蔀楫斍懊媾R的重要挑戰。
為了解決這些問題，同濟大學材料科學與工程學院王超/李灑團隊、麻省理工學院李巨教授和華中科技大學黃云輝教授合作在“Nature Sustainability”期刊上發表了題為“Electrode separation via water electrolysis for sustainable battery recycling”的最新論文。該團隊提出了一種水電解誘導分離（WES）新方法，用于快速、高效地實現電池電極材料與集流體的分離。通過在水電解過程中產生的氫氣或氧氣氣泡，實現對LiFePO?和石墨等正負極材料的快速剝離，在10?mA?cm?2條件下，僅需34秒和3秒即可完成分離，材料回收率高達99.5%，金屬雜質低于40 ppm，能耗極低，僅為11和1.1?kJ?kg_cell?1。
該方法適用于多種電極類型，包括廢舊電池和制造廢料，在保持材料結構完整性的同時，顯著降低了處理過程中的環境負擔。此外，研究團隊進一步將回收材料用于干法電極的再制造，并通過補鋰工藝有效恢復電化學性能，制備出的電極無需使用有毒溶劑NMP，展現出優異的可持續性?；贓verBatt模型的評估結果顯示，該方法在能耗和廢棄物排放方面相較傳統工藝具有顯著優勢，為鋰離子電池材料的綠色回收與循環利用提供了一種高效、環保的新路徑。
研究亮點
（1）實驗首次提出了水電解誘導分離（WES）技術，用于高效分離廢舊鋰離子電池（LIBs）中的電極材料與集流體，并結合干法電極重制工藝，成功實現了電池回收的高效、低能耗處理。
（2）實驗通過水電解過程中生成的氣體（氧析出反應OER或氫析出反應HER），實現了電極材料與集流體的快速分離，整個過程耗時僅為1分鐘，材料回收率超過99.5%，金屬雜質濃度低于40 ppm，且可實現近100%的金屬箔片回收，保留了回收材料的體結構和形貌。
（3）實驗進一步優化了黑質材料的處理過程，使其可以直接用于干法電極的制備，避免了傳統濕法工藝中的有毒溶劑使用。通過有效混合活性材料與導電劑，減少了后續混合過程的能量消耗，提升了干法電極的性能。
（4）通過對SP-LFP||SP-Gr干電極的電化學性能測試，結果表明其與商業新電極的性能相當，證明了該回收方法在電池重制中的有效性。
（5）Everbatt生命周期分析顯示，WES與干法電極工藝相比傳統回收方法具有顯著的優勢，能耗和環境影響均大幅減少，縮短了處理時間，提升了回收質量，展現了該方法的工業應用潛力。
圖文解讀
圖1：采用WES方法分離磷酸鐵鋰（LFP）正極材料。
圖2：采用不同構型LFP電極對WES工藝的表征結果。
圖3：采用WES方法分離石墨負極的表征結果。
圖4：采用回收黑粉制備的干法電極表征結果。
圖5：不同回收方法的環境與經濟性分析。
結論展望
本研究提出了一種鋰離子電池（LIBs）的直接回收方法，將水電解誘導分離（WES）技術與干法電極重制工藝相結合。WES方法通過在水電解過程中，在電極界面生成的氣體（氧析出反應OER或氫析出反應HER）實現電極材料與集流體的快速高效分離，整個過程僅消耗水和電能，展現出極高的環境友好性。此外，該方法兼容多種形狀的廢舊電池電極和生產廢料，在能效方面表現卓越。整個分離過程可在1分鐘內完成，材料回收率超過99.5%，金屬雜質含量低于40 ppm，且可實現近100%的金屬箔片回收，完整保留回收材料的體結構和形貌。
WES方法具有高度的適應性與多功能性：通過HER可快速實現正極材料的分離或補鋰處理，而在陽極側則可使用惰性或LFP電極進行鋰的提取，從而滿足不同的回收目標。
在分離完成后，所得黑質材料可直接用于干法電極的重制。由于黑質中活性材料與導電劑已充分混合，大大降低了后續混合過程的能耗，使其非常適用于干法電極的制備。實驗結果顯示，重制的SP-LFP||SP-Gr干電極在電化學性能上可與商業新電極媲美。進一步的Everbatt生命周期分析也驗證了該回收方法在能耗與環境影響方面遠優于傳統工業回收工藝?？傮w而言，WES與干電極技術的結合顯著降低了能源消耗和環境負擔，縮短了處理時間，并提升了回收質量，提供了一種切實可行且環境友好的電池回收與再制造解決方案。此外，該方法還具有良好的拓展性，有望應用于鈉離子電池、鋅離子電池等其他電池體系。
原文詳情：
Yang, F., Chen, X., Qu, G. et al. Electrode separation via water electrolysis for sustainable battery recycling. Nat Sustain (2025).
https://doi.org/10.1038/s41893-025-01539-3
