综述：The Pace of Electrification and the Key Role of Recycling in a Circular Battery Life Cycle

《Nature Reviews Materials》：Understanding materials failure mechanisms for the optimization of lithium-ion battery recycling

随着电气化进程的加速，回收在电池循环生命周期中发挥着关键作用（LIBs）

　　

随着电气化进程的加速，锂离子电池（LIBs）在现代技术中的使用范围不断扩大，其复杂性也在增加。这不仅带来了性能上的提升，同时也引入了复杂的退化行为，给回收带来了巨大的挑战。传统的冶金材料提取方法虽然不受材料退化复杂性的影响，但以牺牲经济和环境可持续性为代价。直接再生有望减少回收的环境影响并提高经济效益，但无法妥善处理不同尺度和参数的失效问题。

失效机制：从颗粒尺度到电池单元尺度

失效机制是影响LIBs回收的关键因素之一。从颗粒尺度来看，材料的微观结构变化会导致电池性能的下降。例如，正极材料中的锂离子在充放电过程中会发生嵌入和脱出，长期循环可能导致晶体结构的破坏和颗粒的粉碎。这种微观尺度的失效会影响电池的容量和循环寿命。在电池单元尺度上，失效机制更为复杂。电池内部的电极与电解液之间的界面反应、电极材料的膨胀和收缩、以及电池内部的热管理等问题，都会影响电池的整体性能。例如，电解液的分解会产生气体，导致电池内部压力升高，从而影响电池的安全性和使用寿命。此外，电池内部的短路、过充过放等问题也会加速电池的失效。

材料提取技术的进展

传统的冶金材料提取方法是目前回收LIBs的主要手段之一。这种方法通过高温熔炼、化学浸出等工艺，将电池中的有价金属提取出来。然而，这种方法存在一些问题。首先，高温熔炼需要消耗大量的能源，这不仅增加了回收成本，还对环境造成了较大的影响。其次，化学浸出过程中使用的酸碱等化学试剂会对环境造成污染，需要进行严格的处理。近年来，一些新的材料提取技术得到了发展。例如，生物浸出技术利用微生物的代谢作用，将电池中的金属离子浸出。这种方法具有环境友好、成本低等优点，但目前仍处于实验室研究阶段，尚未大规模应用。此外，机械物理法也是一种有潜力的材料提取方法。这种方法通过机械破碎、筛分、磁选等工艺，将电池中的不同材料分离出来。这种方法不需要使用化学试剂，对环境的影响较小，但目前的回收效率较低，需要进一步优化。

直接再生技术的挑战与前景

直接再生是一种新兴的回收技术，其目标是将失效的电池直接恢复到可使用状态。这种方法具有显著的优势，如减少回收过程中的能源消耗和环境污染，提高经济效益。然而，直接再生技术也面临着一些挑战。首先，不同类型的电池失效机制不同，需要针对不同的失效机制开发相应的再生工艺。例如，对于因正极材料结构破坏而导致失效的电池，需要开发能够修复正极材料结构的再生工艺。其次，直接再生过程需要精确控制电池的充放电参数，以避免再次损坏电池。此外，直接再生后的电池性能需要达到一定的标准，才能重新投入使用。目前，直接再生技术仍处于发展阶段，需要进一步研究和优化。

回收策略与未来展望

为了有效管理日益增长的废弃LIBs，需要从多个方面制定回收策略。首先，需要加强电池回收的政策支持和法规制定。政府应出台相关政策，鼓励企业开展电池回收业务，同时加强对电池回收企业的监管，确保回收过程的环保和安全。其次，需要加强公众对电池回收的意识和参与度。通过宣传教育，提高公众对电池回收重要性的认识，鼓励公众积极参与电池回收活动。此外，还需要加强回收技术研发和创新。通过加大对回收技术研发的投入，开发更加高效、环保的回收技术，提高回收效率和经济效益。对于下一代电池的回收策略，需要提前进行规划和研究。随着电池技术的不断发展，下一代电池的结构和材料将更加复杂，回收难度也将更大。因此，需要提前开展相关研究，为下一代电池的回收做好准备。

综上所述，随着电气化进程的加速，LIBs的回收面临着巨大的挑战。通过深入研究失效机制，开发高效、环保的回收技术，制定合理的回收策略，可以实现LIBs的可持续回收。这不仅有助于减少环境污染，还可以提高资源的利用效率，为未来的能源发展提供支持。