摘要：锂电池是驱动新能源汽车、消费电子和储能系统的核心动力单元，尤其是以LiCoO2（钴酸锂）为代表的电池正极材料，因其高能量密度和稳定性广泛应用于智能手机和笔记本电脑等场景中。与此同时，由于全球锂、钴等战略金属高度集中，回收利用迫在眉睫。考虑到废旧锂电池含有丰富的
锂电池是驱动新能源汽车、消费电子和储能系统的核心动力单元，尤其是以LiCoO2（钴酸锂）为代表的电池正极材料，因其高能量密度和稳定性广泛应用于智能手机和笔记本电脑等场景中。与此同时，由于全球锂、钴等战略金属高度集中，回收利用迫在眉睫。考虑到废旧锂电池含有丰富的金属资源，是关键金属回收的“城市矿山”，然而传统回收工艺普遍存在能耗高、过程复杂、污染严重、回收纯度低等问题，难以支撑可持续规模化再利用。废旧钴酸锂正极中金属钴和锂资源虽可回收，但如何在保留其晶体结构与电化学性能的同时实现快速、低能耗的再生，一直是技术瓶颈。目前主流方法如高温煅烧或湿法浸出：需要较高温度（>800 °C）和长时间（>10 h）处理；消耗大量水与化学试剂，副产物处理复杂；无法恢复正极材料完整结构，导致再生电池性能下降。因此，如何高效、环保、低成本的回收电池正极材料是目前亟待解决的环境问题。
近期，美国莱斯大学James M. Tour院士团队联合麻省理工学院李巨教授、科尔万大学赵玉峰教授，提出了一种全新闪速电热再生方法：仅需30秒加热，即可重构退化的LiCoO2晶体结构，实现电池正极高效修复，回收后的电池正极材料在高电压条件下循环稳定性甚至超越新品。
图1. 快速电热修复锂电正极材料的基本过程。
重构后的正极材料性能表现优异：（1）回收后LCO晶体表面缺陷得到修复；通过引入表面异质元素掺杂，提升了回收的LCO材料高电压稳定性。（2）在高电压条件下回收后的LCO容量高达203 mAh/g（0.2 C）。（3）在0.2 C循环倍率下循环200次仍保持84%的容量。
图2. 再生LCO结构表征。
图3. 再生LCO电池性能测试。
作者开展了生命周期评估（LCA）与经济分析，结果显示：（1）能耗显著低于热处理和湿法回收流程。（2）无化学废液排放，过程环保友好。（3）具备明确的经济效益，适合规模化推广。
图4. 快速电热过程的生命周期和技术经济分析。
总结
这项快速电热修复技术不仅解决了废旧电池再生中低效和高污染的难题，更通过引入微量掺杂，实现了材料性能的根本性提升。随着回收技术的不断进步，绿色、高效、智能化的锂电回收路线正在加速形成，这也将为全球电动化与可再生能源发展提供坚实支撑。
相关研究论文发表于国际顶级期刊Energy & Environmental Science。莱斯大学博士后程熠博士、莱斯大学博士毕业生陈进航博士、陈蔚寅博士（现麻省理工学院博士后）为论文的共同第一作者，程熠博士、莱斯大学James Tour教授、麻省理工学院李巨教授和科尔万大学赵玉峰教授为论文通讯作者。
Rapid electrothermal rejuvenation of spent lithium cobalt oxide cathode
Yi Cheng, Jinhang Chen, Weiyin Chen, Qiming Liu, Obinna E. Onah, Zicheng Wang, Gang Wu, Tianyou Xie, Lucas Eddy, Boris I Yakobson, Ju Li, Yufeng Zhao and James M Tour
Energy Environ. Sci., 2025, DOI: 10.1039/D5EE00962F
主要作者简介
程熠，莱斯大学博士后，莱斯学术学者（Rice Academy Fellow），博士后合作导师：James M. Tour教授。2017年本科毕业于复旦大学，2022年博士毕业于北京大学，师从刘忠范院士。目前，主要研究方向是废弃资源的回收利用、新型功能材料的制备以及环境污染物治理等。以第一或通讯作者在Nat. Sustain., Nat. Commun., JACS, Energy Environ. Sci., Adv. Funct. Mater., ACS Nano等期刊发表论文十余篇。
陈进航，莱斯大学博士，2019年本科毕业于复旦大学，2024年毕业于莱斯大学，师从James M. Tour教授。研究方向主要包括固态电解质的快速制备与界面优化，以及废弃电池材料的循环回收。
陈蔚寅，麻省理工学院博士后，博士后合作导师：李巨教授。2018年本科毕业于武汉大学，2022年博士毕业于莱斯大学，师从James M. Tour教授。研究方向主要包括超高温电热纳米材料合成和相工程，以及废弃电池材料的循环回收。
李巨，美国麻省理工学院教授，美国材料研究学会会士，美国物理学会会士，李教授是材料物理和计算材料科学领域的国际知名专家，研究方向涵盖原子尺度建模、能量存储与转换、人工智能材料设计等多个前沿领域。
赵玉峰，科尔万大学教授。主要研究方向为基于分子动力学模拟和DFT方法的无机纳米材料相变过程和电催化机理等方面的理论计算研究。
James M. Tour，莱斯大学教授、美国工程院院士、美国发明家科学院院士。Tour教授在纳米科学技术领域做出了广泛的贡献，包括纳米电子、碳材料、纳米医学、分子机器、用于电池电催化和纳米材料制备、闪速焦耳热技术用于材料制备和环境修复等。
来源：X一MOL资讯
