南科大环境学院唐圆圆团队Commun.s Eng.：塑料聚对苯二甲酸乙二酯与锂离子电池正极材料共热解以实现金属回收和电池材料再生

随着电动汽车市场的快速发展，废弃锂离子电池（LIBs）数量激增，如何实现其中高价值金属（如锂、镍、钴、锰）的绿色高效回收成为关键挑战。传统的热解回收技术通常需要较高处理温度和较多化学试剂，能耗高且伴随污染问题。相比之下，研究团队提出的协同热解策略，通过将PET塑料与锂镍钴锰氧化物（LiNi _1/3 Co _1/3 Mn _1/3 O ₂ , NCM）正极材料共同热解，不仅能够降低反应温度至550°C，还能在仅30分钟内完成正极材料的分解与金属分离。研究表明，在PET的作用下，NCM结构在较低温度下发生晶格破坏并释放锂，同时PET热解产生的自由基与还原性气体进一步促进金属还原反应，实现了锂、镍、钴、锰等金属元素的回收。这一过程不需要使用额外化学试剂，体现了绿色环保的理念。

图1 不同反应条件下PET+NCM的协同热解行为

为了进一步提高回收效率并降低能耗，研究团队优化了协同热解过程的反应条件。实验结果表明，当NCM和PET的质量比为1:0.3时，在550°C、30分钟的反应条件下，可以实现锂、镍、钴、锰等的转化，且转化后产物采用直接水浸的方式，即可实现金属分离。而分离后的金属纯度和回收率均达到了最优。这一优化不仅提升了锂、镍、钴、锰的回收效率，还显著降低了反应过程中的碳排放，体现了该方法在环境友好型金属回收中的潜力。与传统的高温热解回收技术相比，协同热解技术在降低反应温度和时间的同时，还能有效避免使用有害化学试剂和溶剂，最大限度地减少了二次污染。该技术不仅为废旧电池的回收提供了更为经济、环保的解决方案，也为废弃塑料的再利用提供了创新思路。

图2 协同热解实验策略、回收后产品特征及回收率

协同热解技术不仅解决了废旧电池正极材料的回收问题，还为PET塑料废弃物的资源化利用提供了切实可行的方案。研究团队通过简单的水洗和过滤步骤实现了锂与过渡金属的高效分离，并利用回收产物成功再生出高性能的NCM正极材料。经实验验证，这一材料不仅结构优良，电化学性能也达到优异水平，具有较高的比容量和循环稳定性。这一成果不仅解决了废旧电池的回收问题，还减少了新矿物资源的需求，推动了电池回收和塑料处理的双重资源化。

该技术的突破为废物处理处置及资源回收难题提供了可行的解决方案，有助于推动绿色经济发展。未来，研究团队将继续聚焦固废污染控制及资源化关键问题，提供更多创新性解决思路，并计划在更大规模的工业化应用中验证其可行性。随着全球对环境保护和可持续发展的重视，固废协同资源化已经成为循环经济领域的重要发展方向，团队将进一步推动废物资源化，促进全球绿色转型。

日前， Nature 子刊 Nature Reviews Electrical Engineering 将该研究成果选入研究亮点，并以“Efficient metal recovery from lithium-ion batteries using plastics”为题进行了报道，充分肯定了该研究工作的协同资源化理念和策略。

图3 废塑料和电子废物的协同资源化策略

南方科技大学—香港大学联合培养博士研究生孟喆、南方科技大学硕士生代金川为论文共同第一作者，唐圆圆副教授为通讯作者，南方科技大学为唯一通讯单位。南方科技大学材料科学与工程系邓永红、王军，香港高等教育科技学院吕晓莹，香港大学施凯闵等为本研究提供了指导。本工作获得了国家自然科学基金面上项目、广东省杰青、深圳市城市固体废弃物资源化技术与管理重点实验室、广东省土壤与地下水污染防控及修复重点实验室等的支持。

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https://www.nature.com/articles/s44172-024-00317-x

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https://www.nature.com/articles/s44287-024-00127-5