隨著數以百萬計的電動車電池即將達到使用壽命，研究人員已找到一種回收這些電池的方法，讓其性能優於之前。加州大學聖地牙哥分校的科學家開發了一種將使用過的鋰鐵磷（LFP）電池材料轉化為鋰錳鐵磷（LMFP）的過程。這種類型的新電池能夠儲存更多的能量，同時保持 LFP 電池所擁有的安全性和長壽命。這項研究提供了一種新的電池回收方法，團隊不再是將舊電池分解成原材料再製作新陰極，而是將現有陰極升級為更佳的材料。
這種方法有可能減少廢物、降低能耗，並使退役的電動車電池更具價值。
新回收方法提升電池性能和安全性
清潔的回收過程旨在減少廢物。LFP 電池是電動車及大型儲能系統中使用最廣泛的電池之一。由於不需要像鈷或鎳這樣昂貴的金屬，LFP 電池的成本低於許多其他鋰離子電池。目前，這類電池已佔全球鋰離子電池市場的近一半。隨著這些電池的逐漸磨損，尋找高效率的回收方法變得愈加重要。大多數回收方法需使用高温或強化學品來回收有價值的材料。研究的第一作者、加州大學聖地牙哥分校鄭辰實驗室的博士後研究員李偉指出：「這些過程並不環保。」
李偉解釋，這類方法消耗大量能源並產生大量廢物和排放。
鄭辰的研究團隊之前已開發出一種將舊 LFP 電池恢復為全新 LFP 材料的方法。但回收的電池仍然保持相同的化學成分。李偉表示：「在再生後，它依然是 LFP。」而新方法則將材料升級為 LMFP，能夠儲存更多的能量。鄭辰補充道：「這可能為耗盡的電池提供更有價值的最終用途。」
研究團隊計劃提升回收效率
該回收過程首先是打開電池包，取出裡面緊密捲繞的層，這些稱為果凍卷。研究人員將這些層切割成片，浸泡在水中，輕輕搖動材料以分離陰極塗層與鋁箔。李偉解釋：「鋁箔也可以單獨回收。」剩餘的陰極材料會被乾燥並磨成細黑粉。然後，研究人員添加鋰、錳和磷酸鹽，以提供 LMFP 的成分。
團隊面臨一個重大挑戰，因為添加的鹽類和原 LFP 材料具有不同的晶體結構。李偉透露：「它們的結構不相容。如果直接混合，最終產品的原子分佈將不均勻，並且電化學性能會變差。」為瞭解決這個問題，研究人員首先準備一種中間化合物，鋰錳磷（LMP），其晶體結構類似於 LFP。他們將粉末細磨並混合，然後加熱。鄭辰表示：「這是令人興奮的化學反應發生的地方。」在加熱過程中，LMP 首先形成並均勻混合於 LFP 中，錳原子逐漸取代部分鐵，形成均勻的 LMFP 結構。
每個粒子周圍還形成一層薄薄的碳，有助於材料導電並在多次充電週期中提供保護。
升級的 LMFP 材料儲存的能量比原 LFP 更多，並保持其耐用性和安全性。研究人員對不同製造商的 LFP 電池進行了測試，並將過程擴大至公斤級別。回收的材料在小型實驗室硬幣電池和更大型的包裝電池中表現良好，這些電池類似於用於電動車和大型儲能系統的電池。研究團隊現計劃提高過程的效率，獲取更多材料。他們還希望改善材料的成分和結構，以提升性能，並為大規模回收做好技術準備。這項研究已發表在《Joule》期刊上。
項目 規格 電池類型 LFP / LMFP 儲存能量 高於 LFP