吳笙卉、方家振／工研院材化所
各國政府推行之鋰電池封閉式循環技術
1. 美國能源部–ReCell Center
美國能源部已成立鋰離子電池回收技術研發中心「ReCell Center」，集結阿貢國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室、國家再生能源實驗室與各大學術機構以及新創企業如Farasis Energy，共同推動具商業價值之鋰電池回收技術。有別於傳統的火法冶金及濕法冶金，提倡四大主軸：廢電池正極材料直接回收製程(Direct Cathode Recycling)、其他材料回復(Other Material Recovery)、易回收電池設計(Design for Recycling)、經濟性與生命週期數值分析技術(Modeling and Analysis)。大部分學術研究集中在如何將廢電池正極材料以低成本方式分離、再鋰化(Relithiation)，以下列舉ReCell計畫底下主要研究機構開發之循環技術。
(1) 化學法再鋰化–阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)
J. T. Vaughey團隊以化學法進行再鋰化，將EoL的NMC111與不同鋰源（Li2CO3、LiOH、Li2O）以乙醇分散，並於空氣下加熱至300~700˚C持續10~20小時，如圖十二中之方程式，以XRD分析鑑定再鋰化NMC111的晶形，幾乎與新的NMC重疊（圖十二）。
圖十二、化學鋰化法及XRD鑑定
表三所示為原始(Pristine)、去鋰化(Delithiated)及不同鋰源再鋰化之NMC111經500˚C熱處理後繞射鋒變化。當I003/I104 越高，代表Li+/Ni2+相遷移發生機率越低，由此可見去鋰化NMC111在500˚C高溫下會有Ni2+遷移至鋰空缺之情形。
(4) 泡沫浮選分離法–密西根理工大學
(Michigan Technological University)泡沫浮選分離的原理為利用不同疏水特性(Hydrophobicity)將正負極材料分離，使用起泡劑將疏水的石墨、碳黑等聚集在泡沫層可直接離心分離，並使用煤油(Kerosene)作為收集器提高正極活物的純度，部分回收正極材料被疏水PVDF包覆混入負極材料無法完整分離，導致回收率大約為65~75%。
4. 日本–量子科學技術研究開發機構
T. Hoshino團隊開發新鋰離子傳導膜以電滲析(Electrodialysis)方式回收鋰電池材料，主要回收廢舊鋰電池之鋰離子並還原成Li2CO3。
運用電滲析法於廢鋰電池溶液中迫使鋰離子從正極滲透至負極，鋰離子過濾膜材使用Li0.29La0.57TiO3，約500 µm厚，電析槽正極端裝滿鋰離子電池之溶液(2,000mg/L)，負極端則裝滿蒸餾水（圖十六），電壓設定為5 V、電極面積16 cm2，單次實驗可回復鋰42 mg，電析時間越久，鋰回復率越高。
72小時後鋰回復率增加至90%，CO2氣體注入負極槽LiOH水溶液反應並收集Li2CO3，Li2CO3純度可高達99.99%（圖十七），估計Li2CO3之原料成本可從$13~15/kg降低至$1.83/kg。此技術將於2019~2022年進行試量產，並將在2030年規劃示範場域。
工研院鋰電池循環技術
傳統活物經循環過後介面鈍化層增生，產生許多鋰空缺甚至使活物破裂。現階段大多回收技術採用低效人工分選再加上機械攪碎，使電池易交叉汙染，且具高結構破壞性，活物無法直接回用；再加上PVDF黏著劑固化後難以拆解，只能透過酸洗、萃取、沉澱、高溫燒結得到低價值金屬元素或化合物，如Ni(OH)x、Co(OH)x、Mn(OH)x、Li2CO3，過程既耗能、繁雜且高成本，甚至強酸鹼及有機溶劑大量使用容易造成二次汙染。
為此，工研院以鋰電池易循環技術為軸心，開發易循環鋰電池材料與環境友善之循環技術（圖十八），包括：於活物表面導入介面結構技術，抑制活物與介質持續性反應，以減少鋰離子空缺與破裂形成…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十八、工研院易循環鋰電池材料技術
★本文節錄自《工業材料》雜誌401期，更多資料請見下方附檔。