清华教授周光敏团队在锂电池回收领域取得重要突破
清华教授周光敏团队在锂电池回收领域取得重要突破
随着电动汽车市场的快速发展，动力电池需求量激增，但其设计寿命有限，退役潮已经到来。如何高效、经济、环保地处理这些退役电池，成为亟待解决的挑战。清华大学深圳国际研究生院副教授周光敏团队在锂电池回收领域取得了一系列重要研究成果，为解决这一难题提供了新的思路和方法。
创新性的健康状态评估方法
传统恒流恒压（CCCV）方法评估电池健康状态（SOH）需要耗费大量时间和电能，效率低下。相比之下，脉冲测试方法展现出快速估算SOH的潜力，但受退役电池随机荷电状态（SOC）影响，准确性有待提升。此外，现有脉冲测试方法需在不同SOC条件和电池类型下进行大量数据采集，面临数据稀缺性和异质性挑战。
针对上述问题，周光敏团队与合作者提出一种基于注意力变分自动编码器（AVAE）的生成式机器学习方法，可快速生成退役电池的脉冲电压响应数据。这一方法几乎零成本生成测试数据，大幅节省时间与资源，并有效解决数据稀缺和异质性问题。通过学习SOC与脉冲电压响应的潜在依赖关系，该模型实现了不同电池材料和SOH状态下的SOC演变规律预测，并成功在未见SOC条件下准确估算SOH。
突破性的常温常压回收技术
现有直接回收方法依赖加热、加压等过程实现锂化修复，很大程度阻碍了直接回收的规模应用。周光敏团队与成会明院士团队合作，提出从根源上降低修复反应热力学障碍，从而减少修复过程对外源驱动力的依赖，实现常温常压下的直接锂化。
团队设计并合成出戊醇锂分子，该分子对失效三元材料表面具有高亲和性，从根源上降低了修复反应热力学障碍，从而在常温常压下，无需任何外加驱动力（加热、加压等），经过简单的固液反应即可实现对失效三元材料的均匀锂化，随后进行快速热处理，即可完成失效材料的物相重构与性能恢复。
绿色环保的修复技术
在第三届中国国际新型储能技术及工程应用大会上，周光敏分享了关于《失效锂离子电池材料的修复与再利用》的主题报告。其团队提出了一种绿色环保且高效的修复方法，通过含铌的低共熔溶剂实现钴酸锂正极材料的锂和钴的同时补充，有效恢复电池容量。
应用前景与经济效益
由于设计原理上的突破，该方法只需要两个关键步骤即可完成修复，相比于传统的回收方法以及现有的直接回收方法，具有流程上的便利性、低成本、低排放、高效率等一系列优势。所得公斤级产物性能与价值较高，使回收方法整体的经济性大幅提升。本方法将失效电极材料直接修复的规模化向前推进了一步，有望获得实际应用。
与传统的CCCV测试相比，基于生成模型的脉冲测试方法无需耗费大量时间调整SOC，也避免了对退役电池的额外损害。技术经济评估显示，在2030年全球动力电池退役场景下，该生成式机器学习辅助的SOH估计方法可节省约49亿美元电力成本，减少358亿公斤二氧化碳排放。
这些创新技术不仅有助于解决资源短缺问题，还对环境保护起到积极作用，是碳中和背景下新能源发展的重大突破。