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从废旧电池到高压储能：KIGAM“一步法”让LiMn₂O₄在Zn-Mn液流电池中“再上岗”

2025-08-21 13:23:25 来源：盖世汽车

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简介：韩国地质矿产资源研究所（KIGAM）最新提出一种低温电化学升级工艺，可在不经过高能耗冶炼或强酸浸出的情况下，将废弃锂离子电池的正极材料LiMn₂O₄直接转化为高性能锌锰氧化还原液流电池（Zn-Mn RFB）的电极活性组分。实验表明，该工艺使LiMn₂O₄的电压窗口扩展至2.4 V，能量效率提升15%，循环寿命超过5000次，为废旧电池“变废为宝”提供了兼具环保与商业可行性的新路径。

全球动力电池退役潮已至：2025年预计有超120万吨锂离子电池退役，其中LiMn₂O₄占比约18%。现行主流工艺——高温火法冶炼或强酸湿法浸出——需要800 ℃以上高温或高浓度硫酸，能耗高、废液处理成本大，且只能回收钴、镍等高价值金属，Li、Mn往往被稀释为廉价副产品。KIGAM团队意识到，与其“拆回原料”，不如“整体升级”：让LiMn₂O₄直接成为下一代储能系统的电极材料，既减少拆解步骤，又提升附加值。

研究团队在LiMn₂O₄表面构建氮掺杂碳层，再通过2.2 V恒电位处理，使晶格中的部分Mn³⁺/Mn⁴⁺发生可逆价态变化，形成富含氧空位的缺陷结构。该结构在Zn-Mn液流电池中表现出双重功能：作为正极锰活性中心，提升氧化还原电位至1.95 V；作为负极锌沉积/剥离的“三维骨架”，抑制枝晶生长。

整个工艺仅需60 ℃水浴、0.1 M硫酸锰电解液，能耗比传统湿法低70%，无废酸排放。

实验室级单电池在2.4 V高压下连续运行5000次，容量保持率>90%，能量效率达82%，高于商用钒液流电池（~75%）。放大到1 kW/5 kWh模组后，循环1000次仍保持80%以上效率，且电解液成本仅为钒系的1/3。KIGAM正与韩国斗山重工合作，计划2026年建设100 kWh示范系统，用于光伏侧高压储能。

以处理1吨废旧LiMn₂O₄计，传统工艺回收金属总价值约4200美元，但能耗及化学品成本高达1800美元；KIGAM升级路线可将LiMn₂O₄直接制成价值8000美元的Zn-Mn电极材料，扣除电力与材料成本后净利润提升2.6倍。此外，每处理1吨废料可减少1.6吨CO₂排放，相当于一辆燃油车行驶1万公里的排放量。

KIGAM已申请韩国及PCT专利，并与LG Energy Solution、SK Ecoplant签署MOU，计划在2027年建成年处理3000吨废旧LFP/LMO的示范线。盈利模式采用“技术授权+电极材料回购”双轮驱动：电池厂可免费获得升级技术，但须以协议价向KIGAM回购电极材料，确保原料闭环。

KIGAM的低温电化学升级工艺，将废旧LiMn₂O₄的“低值回收”转变为“高值再用”，不仅破解了退役电池的环境难题，也为高压液流电池提供了低成本、高安全的电极方案。随着示范系统落地，这一技术有望在未来十年内重塑电池回收与储能市场的双重格局。