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本文聚焦锂离子电池（LIBs）回收，阐述随着其应用拓展，复杂降解行为给回收带来挑战。探讨从粒子到电池单元尺度的失效机制，总结材料提取和直接再生进展，为 LIBs 回收及下一代电池回收策略提供思路。
锂离子电池回收面临的挑战
在当今时代，电气化发展迅速，锂离子电池（LIBs）的应用范围不断扩大，从常见的电子设备到电动汽车等领域都有广泛使用。在这样的背景下，实现电池的循环生命周期至关重要，而回收则是其中的关键环节。
随着 LIBs 在现代技术中使用得越来越广泛，其内部所包含的元素也愈发复杂。这就导致电池在使用过程中出现了复杂的降解行为，给回收工作带来了诸多难题。传统的基于冶金的材料提取方法虽然在一定程度上不受材料衰变复杂性的影响，能够从废旧电池中提取所需材料，但这种方法却在经济和环境可持续性方面付出了较大代价。例如，在冶金过程中可能需要消耗大量的能源，还会产生较多的污染物。
而直接再生技术虽然有望降低回收对环境的影响，提高经济效益，但它在应对不同尺度和参数的电池失效问题时，存在一定的局限性。由此可见，为了有效处理日益增多的废旧 LIBs，需要从多个方面制定相应策略。
锂离子电池失效机制探讨
理解电池的失效机制对于实现环保且可持续的回收实践十分关键。在这篇综述中，研究人员从粒子尺度到电池单元尺度，对当前先进的 LIBs 失效机制进行了深入讨论。
在粒子尺度上，电池内部的活性材料粒子在充放电过程中会经历各种物理和化学变化。例如，锂离子在正负极材料粒子间的嵌入和脱出，可能会导致粒子的体积发生膨胀和收缩。这种反复的体积变化会使粒子内部产生应力，久而久之，粒子可能会出现破裂、粉化等现象，从而影响电池的性能和寿命。
从电池单元尺度来看，电池的失效还与电极结构、电解液等因素密切相关。电极结构的完整性对于电池的充放电效率至关重要。当电池经过多次充放电循环后，电极结构可能会出现坍塌、分层等问题，导致电池内阻增大，充放电性能下降。电解液在电池中起到传导离子的作用，但在长期使用过程中，电解液可能会发生分解、氧化等反应，产生一些副产物。这些副产物不仅会影响电解液的离子传导性能，还可能会在电极表面形成一层钝化膜，进一步阻碍离子的传输，加速电池的失效。
材料提取和直接再生的研究进展
近年来，在锂离子电池回收领域，材料提取和直接再生技术都取得了一定的进展。
在材料提取方面，研究人员不断探索新的方法和工艺，以提高材料的提取效率和纯度。一些新的化学浸出方法被开发出来，这些方法能够更有效地将废旧电池中的有价金属溶解出来，然后通过后续的分离和提纯步骤，得到高纯度的金属化合物或金属单质。例如，采用特定的酸浸工艺，可以将废旧电池中的锂、钴、镍等金属从电极材料中溶解出来，再通过萃取、沉淀等方法进行分离和提纯。
在直接再生方面，研究人员尝试通过物理或化学手段，直接对废旧电池中的活性材料进行修复和再生，使其恢复部分或全部的电化学性能。比如，利用高温退火、电化学活化等方法，可以修复电极材料的晶体结构，提高其锂离子扩散速率，从而提升电池的性能。然而，目前直接再生技术仍面临一些挑战，如再生后的材料性能稳定性较差，难以满足大规模工业化生产的需求等。
锂离子电池回收面临的挑战与展望
尽管锂离子电池回收领域已经取得了一些成果，但仍然面临着诸多挑战。
从回收工艺优化的角度来看，现有的回收方法在经济和环境可持续性之间难以达到平衡。一方面，要提高回收效率和材料回收率，就可能需要采用更为复杂的工艺和设备，这会增加回收成本；另一方面，过于注重降低成本，又可能会对环境造成更大的压力。因此，如何开发出既高效又环保的回收工艺，是当前亟待解决的问题。
对于下一代电池的回收，随着电池技术的不断创新，新型电池的结构和材料与传统 LIBs 有很大差异，这给回收工作带来了新的难题。例如，固态电池采用了固态电解质，其回收方法与传统液态电解质电池完全不同。所以，需要提前开展对下一代电池回收策略的研究，以应对未来的回收需求。
未来，研究人员需要进一步深入理解电池失效机制，以此为基础开发更加先进的回收技术。同时，还需要加强跨学科合作，综合运用材料科学、化学工程、环境科学等多学科知识，推动锂离子电池回收领域的发展，实现电池循环生命周期的可持续发展，为环境保护和资源循环利用做出更大的贡献。
