随着新能源汽车和储能产业快速发展，退役锂离子电池数量持续增长。如何高效、低碳地回收废旧电池中的高价值正极材料，已成为资源循环利用领域亟待解决的重要问题。近日，南京大学研究团队与上海交通大学合作提出一种液态金属驱动的电极分离新策略，可在室温条件下实现废旧锂离子电池正极材料与铝箔集流体的快速、温和分离，为动力电池绿色回收提供了新的技术路径。
废旧锂离子电池回收的关键环节，在于将附着于铝箔集流体表面的正极活性材料有效剥离，并尽可能保持其结构与成分完整。传统火法冶金通常依赖高温处理，能耗较高；湿法冶金则往往需要酸、碱等化学试剂，流程复杂且可能引入二次污染。如何在降低能耗和环境负担的同时，实现对正极材料的高效回收，一直是该领域关注的核心问题。
针对上述挑战，研究团队提出利用镓锡液态金属在室温下对铝箔进行选择性解构。研究发现，该液态金属接触铝箔后，可破坏铝表面的氧化层，并沿晶界快速渗透，削弱铝原子之间的金属键连接，使铝箔在较短时间内发生碎裂与瓦解，而负载其上的正极活性材料则能够完整脱附。整个过程无需高温煅烧，也无需酸碱浸出，体现出较好的绿色回收潜力。
实验结果表明，该方法对多种主流商用正极材料均具有良好适用性，包括镍钴锰酸锂（NCM）、钴酸锂（LCO）、磷酸铁锂（LFP）和锰酸锂（LMO）。在约 30分钟内，电极分离效率可达约 99.4%。同时，过渡金属元素在分离过程中的溶解量极低，回收后的活性材料在晶体结构和化学组成上保持较高完整性。理论计算进一步揭示了液态金属与铝箔相互作用及其促进分离的微观机制。
除高效分离外，该策略还表现出良好的循环使用能力。完成分离后的液态金属体系可通过与水反应实现再生，回收液态金属的同时副产氢气。多次循环后，体系仍可维持约 99.3%的分离效率。进一步测试显示，经再生处理后的正极材料能够恢复较好的电化学性能，其中 NCM、LCO、LFP和 LMO分别表现出约 172、148、144和 138 mAh g-1的可逆容量。液态金属再生回用与产氢过程可结合图4理解。
技术经济分析表明，该液态金属回收路线在能耗、用水量、温室气体排放以及综合成本等方面均表现出明显优势。与传统回收工艺相比，该方法能耗更低、流程更简，并兼具材料回收与副产氢的潜力，显示出面向大规模废旧锂离子电池绿色回收应用的可行性。
该研究提出的“无加热、无浸出”电极分离思路，为废旧锂离子电池高值化再生提供了新的解决方案，也为液态金属在资源循环与能源环境领域的应用拓展了新的方向。随着退役动力电池规模持续增长，此类兼具高效性、环境友好性与经济性的回收技术，有望在未来绿色制造和循环经济体系中发挥更大作用。尤其值得注意的是，该策略在实现电极分离的同时，还可借助铝与水的反应回收液态金属并副产氢气，体现出“资源回收+能量转化”的协同潜力。
相关研究以“Heating and leaching-free separation of electrodes by liquid metals for regeneration of spent Li-ion batteries”为题，于2026年3月6日发表于National Science Review。南京大学现代工程与应用科学学院丁煜副教授、何平教授与上海交通大学杨孟昊特聘研究员为论文通讯作者，上海交通大学提供了理论计算支持。以上研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金等项目的资助，同时也得到了固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心等单位的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwag142
来源：南京大学现代工程与应用科学学院，发布者：沈允育
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