行业痛点  

    随着“双碳”目标的实施，新能源行业得以迅速发展。在众多新能源利用方式中，风能发电、太阳能发电等形式受季节或者气候影响较大，其具有一定的间歇性，为满足电力系统削峰填谷的需求，储能电站应运而生。目前，市场上主要储能技术分为三大类，分别是抽水蓄能、熔融盐储热以及新型储能。据中关村储能产业技术联盟不完全统计，截至2023年底，中国新型储能累计装机规模首次突破30 GW，达到34.5 GW/74.5 GWh。从新型储能占比来看，锂离子电池储能项目占比高达97.3%，在新型储能领域中处于绝对主导地位。随着全球能源转型的加速和电动汽车市场的蓬勃发展，锂离子电池的需求呈爆炸式增长。由于锂离子电池自身工作寿命仅为5-10年，因此锂离子电池回收形势十分严峻。目前，锂离子电池回收技术按材料回收分类，分为火法冶金、湿法冶金和直接回收三大类。其中，传统的回收方法如火法冶金和湿法冶金技术相对成熟，但存在高能耗、高污染等问题，且成本较高，利润较低。

解决方案

    直接回收技术是近年来发展起来的一种新型锂离子电池回收方法。与火法冶金和湿法冶金将电极材料分解为元素不同，直接回收技术旨在通过简单的物理或化学处理，恢复废电池材料的原始性能，从而实现高效回收和再利用。相较传统回收方法，直接回收技术具有能耗低、回收率高和环境友好的显著优势，具有优异的发展前景。

     针对电化学储能市场日益增长的性能需求，电池材料也在发生不断地更新。其中三元材料的迭代尤为迅速，多年前电池中的废旧材料仅直接修复可能已无法满足当前市场的需求，因此对退役电池正极材料进行升级修复十分必要。本团队提出在直接修复过程中对失效NCM三元材料表面同步进行高熵氧化物包覆的升级修复技术。经第三方检测机构证明升级修复的HEO-NCM软包电池性能在可逆容量、循环性能以及倍率性能均可全方位超过市场上的同款商业C-NCM三元材料（HEO-NCM523软包电池能量密度高达250 Wh/kg，循环200圈容量保持率高达94.7%），且该软包电池已通过无人机器件负载工作状态检验。

     根据动力电池市场调查结果发现，磷酸铁锂正极材料的市场占比在逐年递增，在2024年其市场占比已达到70%左右。然而目前市场上对于废旧磷酸铁锂的回收方法仍局限于传统的湿法火法回收，且直接修复方法的诸多方法如固相烧结法、水热法、电化学法等均存在能耗高，生产规模小等问题，限制了其进一步发展。而液相法修复是一种方便快捷的修复方法，其仅需要通过补锂溶液的设计，在常温常压下将废旧磷酸铁锂置于补锂溶液中进行液相搅拌即可实现均匀的补锂，结合后续短程退火进行结构修复即可实现废旧磷酸铁锂的均匀修复。本工作通过多种补锂试剂的筛选和搭配，设计出一种适合工业化生产的高固液比补锂溶液，且该补锂溶液可进行回收重复利用，在反应全流程中仅产出氮气，实现了绿色可重复的设计理念，其性能在修复后可达到商业磷酸铁锂材料的性能水平（1C倍率下可达到150 mAh/g）。此外，该实验流程可完美适配市场上使用的湿法回收生产线，无需额外搭建回收产线，大大地降低了生产成本。