退役電池逆天改！中鎳直接變高鎳，北理工技術讓鋰電成本大降？

若該技術實現產業化，鋰電池成本有望大幅降低。

NCM即三元鋰電池，其名稱后的三個數字分別代表鎳、鈷、錳三種元素的比例。

鎳含量的高低直接決定三元鋰電池的能量密度，因為鎳的價態豐富，對鋰離子的存儲能力較強。因此，鋰電池行業從NCM111、523、612逐步升級到811，甚至鎳含量高達90%的9系產品。

當前，高鎳三元鋰電池（如8系、9系）正快速普及，但早期生產的電池多以中鎳為主，其中NCM523正面臨退役高峰。這些退役電池的正極材料必須回收再利用，避免資源浪費。

目前行業主要有兩大類回收技術：直接再生和濕法循環。

此外還有火法循環，其原理與濕法類似，但能耗和排放較高，正逐步被淘汰。直接再生是一種非破壞性修復技術，主要通過補鋰恢復退役正極材料的健康度，常用工藝包括固相燒結、水熱補理等。但該過程未添加鎳元素，能量密度無法提升，且由于原始材料長期使用后存在大量缺陷，修復后的能量水平難以追平原始狀態，只能無限接近。盡管直接再生流程短、成本低，但因最終產物仍為中鎳材料，經濟性一般。

濕法循環則是破壞性回收，將退役正極材料（黑粉）酸浸后，萃取出鎳、鈷、錳、鋰等金屬鹽，再制備成三元前驅體，經煅燒得到全新正極。該方法成分比例可控且精準，但流程長、能耗和水耗大，成本高昂。退役正極本就是鋰電生產的產物，回爐重造相當于重復生產流程，造成浪費。

能否在原始正極材料上直接修復升級為高性能正極？北京理工大學的研究成果給出了肯定答案，其核心是一種全新的固相法工藝，依靠雙向晶格錨定技術實現這一突破。

具體而言，退役三元鋰材料需完成兩項關鍵任務：一是補充鋰元素，因長期服役導致鋰離子大量損失；二是增加鎳元素，提升儲能水平。這樣，回收的中鎳材料可轉化為高鎳產品，經濟價值顯著提升。

但退役三元鋰材料存在大量晶格缺陷，如巖鹽相、陽離子混排、鋰空位等，阻礙鋰離子嵌入；同時，高溫下富鎳中間相極不穩定，易出現氧空位、陽離子混排和相分離等問題，這些都是直接修復需解決的難題。

雙向晶格錨定技術通過鋁元素實現關鍵作用。其工藝流程大致如下：首先，將回收的退役中鎳三元鋰材料與氫氧化鎳（鎳源）分別加入氯化鋁溶液。氯化鋁不僅能清洗材料表面雜質，還通過離子交換在三元鋰和氫氧化鎳表面同時錨定鋁離子。隨后，將兩者與氫氧化鋰（鋰源）及少量氧化鈷混合，通過特定的脈沖式固相燒結合成全新的NCM811。由于鎳含量增加，需適當添加鈷以平衡晶格。

鋁離子的錨定作用解決了上述核心問題：鋁與氧形成強共價鍵，能有效控制氧元素，避免氧空位產生，使結構更完整；氧被鋁鎖定后，鎳氧鍵松動，為鋰離子嵌入創造低能壘條件；鋁氧鍵的剛性使其他金屬與氧的鍵長縮短，如同“手拉手”效應，導致晶格平面方向收縮，垂直方向膨脹（幾何補償以保持體積守恒和能量最低態），層間氧氧距離增大，鋰離子遷移通道隨之擴大（三元鋰為層狀氧化物，鋰離子通過層間移動實現脫嵌）；此外，陽離子混排（鋰與鎳混排）由鐵磁耦合驅動，鋁作為非磁性金屬插入后可打破鐵磁路徑，抑制鎳鋰混排。

由于鋁離子預先分別錨定中鎳三元鋰和氫氧化鎳，相當于作為中間協調者，預先優化兩側材料，再混合反應可大幅減輕上述副作用。

通過雙向晶格錨定，退役NCM523成功轉化為高價值NCM811。最終產品中鋁元素含量約0.7%，這一比例在商業化NCM811生產中也常見，鋁常被用作穩定劑。若鋁含量達到3%~5%，則成為四元電池（NCMA），三星、LG等韓國廠商一直在推動該技術。

通常鎳比例越高，鋁用量越大，例如特斯拉早期使用的松下鎳鈷鋁酸鋰（NCA）電池，因超高鎳配方直接用鋁替代錳，后來隨著NCM逐步走向高鎳且成本更低，NCA不再是主流。

有人可能會問，由退役電池材料修復的正極能否用于動力電池？目前該技術尚未在鋰電池產業中實際應用，但其基于退役材料進行晶格級修復，性能可能比單純補鋰的電池更接近原生狀態，不排除用于動力電池的可能性。

這一技術若實現產業化，有望大幅降低鋰電池成本。那么，你是否愿意選擇這種修復升級后的正極材料生產的電池呢？