一、研究背景
电气化进程正迅速推进，而回收是实现循环电池生命周期的关键。然而，随着锂离子电池（LIBs）在现代技术中的应用不断扩展，越来越多复杂元素的加入引入了复杂的退化行为，这给回收带来了挑战。
基于冶金的材料提取方法不依赖于材料退化的复杂性，但以牺牲经济性和环境可持续性为代价。尽管直接再生预计能减少回收的环境影响并提高经济效益，但它无法有效应对不同尺度和参数下的故障。
为了有效管理日益增长的废弃LIB流，必须采取多方面的策略。回收机制的新进展突显了理解电池故障机制的重要性，以实现环保和可持续的回收实践。
有鉴于此，浙江大学陆俊、武汉理工大学尤雅等3位研究者在“Nature Reviews Materials”期刊上发表了题为“Understanding materials failure mechanisms for the optimization of lithium-ion battery recycling”的综述论文。他们讨论了先进的LIBs中的故障机制，从粒子尺度到电池尺度，提供了回收工作中的见解。总结了材料提取和直接再生的新进展，并对回收中的紧迫挑战、回收过程的优化以及下一代电池的回收策略提出了展望。
二、综述亮点
（1）本文总结了锂离子电池（LIBs）回收的现状及其面临的挑战，探讨了在电气化进程加速的背景下，电池退化行为的复杂性对回收带来的影响。得出了回收策略需在多个方面进行优化，以应对日益增加的废弃电池流。
（2）本文讨论了锂离子电池的退化机制，包括从粒子尺度到电池尺度的故障分析，阐述了基于冶金的材料提取方法和直接再生策略的优缺点。结果表明，冶金法虽然不受材料退化复杂性影响，但在经济性和环境可持续性方面存在较大挑战。直接再生策略被认为能减少环境影响并提高经济效益，但难以应对不同退化尺度和参数的失败问题。
（3）为了有效管理废弃LIB流，本文提出了多方面的回收策略，包括优化回收过程和提升回收效率。并总结了材料提取和直接再生方法的新进展，提供了改善回收效果的技术路径。
三、图文解读
图1：锂离子电池需求和应用的增长趋势。
图2：层状金属氧化物的典型退化行为。
图3：基于铁和锰的阴极材料中的主要缺陷。
图4：材料提取的新进展。
图5：直接再生的新进展。
四、结论展望
总的来说，回收始终是闭环的必要步骤。随着锂离子电池的商业化不断重塑能源技术的格局，必须相应地调整资源利用模式。有效的回收技术在这一过程中至关重要，需要全面的策略来应对回收过程中的各个方面。材料探索和创新是回收技术不断发展的基石。下一代电池的回收，包括转换型阴极和基于合金的阳极，也需要大量努力。多步转换过程的固有复杂性使得很难识别回收方法需要处理的不同充电状态下的产品。然而，支持基材，如催化剂掺入的碳布，将值得回收。鉴于固态有机电解质日益受到关注，固态电解质的回收或再生也有前景，但设计合适的回收路线需要首先解决其主要化学问题。高分子量聚合物的引入进一步使回收过程复杂化，增加了潜在路线的不确定性。理想情况下，对于大多数固态电解质，应将锂枝晶的形成和渗透视为主要缺陷，无论暴露于空气和湿气后产生的副产物如何。一个有前景的策略可能是与补充锂盐混合并退火，特别是在准固态电解质中，因为这种方法可能有助于离子电导率的直接恢复。
DOI: 10.1038/s41578-025-00783-5