室温1分钟提取65%锂电池金属，居然靠普通盐水就能实现？

本文来自微信公众号：环球零碳，编辑：小澜，作者：环球零碳研究中心

回收锂电池，不光是处理电子废弃物，更是抢占未来新能源战略资源的关键竞争。

从我们每天揣在口袋里的手机、桌上的笔记本电脑，到现在大街小巷跑的新能源电动汽车，这些设备的核心动力都来自锂离子电池。在锂电池的正极材料里，藏着锂、钴、镍、锰等稀有的关键金属。

如今全球都在推进清洁能源转型，市场对这些“新能源核心金属”的需求正在呈指数级暴涨。但这些矿产不仅全球储量有限，地理分布还极度不均匀，很多国家都面临资源卡脖子的问题。

因此，怎样高效地从大量退役的锂电池里回收这些金属、实现循环再利用，一直是全球产业界和科研界都在全力突破的方向。

美国莱斯大学的科研团队给出了一个让人眼前一亮的新方案：他们研发出一种全新的浸出剂——水系氨基氯化盐溶液，居然可以在室温环境下，只用1分钟就能从废旧锂电池里提取出65%的有价金属。

这项研究成果已经刊发在学术期刊《Small》上，它不光带来了一种速度惊人的快速回收技术，还给绿色浸出剂的研发重新划定了设计逻辑。

图说：报废锂离子电池正极活性材料典型湿法冶金回收工艺流程图

https://doi.org/10.1002/smll.202513823

传统的锂电池回收方法，要么需要高温焚烧冶炼，能耗高得惊人；要么就得用强酸、有毒化学溶剂长时间浸泡，不仅回收效率低，处理过程本身就存在不小的安全隐患和环境污染风险。

怎样在低能耗、低污染的前提下，实现快速高效的金属提取，一直是科学家们争相攻坚的技术难题。

莱斯大学的研究人员一开始把目光瞄准了“低共熔溶剂”这类新型溶剂，这种溶剂由两种及以上固体混合而成，能在远低于各自单体熔点的温度下变成液态。

这类溶剂本身可以溶解金属氧化物，过去一直被认为是温和环保的回收选项，但它有一个无法忽略的缺陷：粘性太高了。

过高的粘度会严重阻碍分子扩散和碰撞，导致反应速度特别慢，通常需要加热到80℃以上，还要等上好几个小时才能完成反应，这就让它的实际应用性价比大打折扣。

这次研究人员没有顺着过去的思路优化低共熔溶剂，而是换了个角度提出一个关键问题：真正能溶解提取金属的，到底是复杂的“共熔”特殊状态，还是溶剂里几种关键化学成分本身的作用？

研究团队提出假设：只要一种溶液同时满足溶解金属所需的几个核心条件——合适的酸性环境、能抓取金属离子并让它们稳定溶解的配位能力，还有低粘度带来的快速传质效果，就能成为一款优秀的金属浸出剂。

顺着这个思路，他们选中了盐酸羟胺这种氨基氯化盐（HACl），把它直接溶解在普通的自来水里，就制成了一种清澈的水溶液，完全不需要传统的有机溶剂。

这个看起来简单到极致的配方，其实藏着非常精巧的化学设计。

首先是它的酸性恰到好处：盐酸羟胺水溶液是弱酸性，刚好给金属氧化物从正极晶体结构中脱离提供了初始驱动力，酸性环境里的氢离子会率先破坏正极材料的稳定晶体结构。

其次，溶液里大量的氯离子拥有很强的配位能力：当金属原子从晶体结构里被释放出来，氯离子会马上把金属离子包裹起来，形成稳定的金属-氯络合物，有效避免金属离子重新沉淀或者聚集，保证它们能顺利溶解在水溶液里。

最后，也是这项技术最独特、最核心的优势，来自盐酸羟胺分子自带的“氧化还原活性中心”。

传统强酸大多只是靠酸性“硬溶”金属，而盐酸羟胺用的是“四两拨千斤”的巧劲。

它分子结构里的羟胺基团是强效还原剂，当接触到正极材料里的高价钴离子、镍离子时，会主动给出一个电子，把这些高价金属离子还原成更容易溶解的低价态。

这个化学反应给金属溶解额外提供了更强的驱动力，相当于在原本的化学平衡里狠狠推了一把，让整个反应过程大大加快。

这三个特性的协同作用，最终造就了惊人的浸出速度。

实验结果显示，在室温条件下，这种便宜易得的水溶液只用1分钟，就能从废旧锂电池的NMC正极材料中提取出大约65%的锂、钴、镍、锰。

如果把反应时间延长到15分钟，温度升高到60℃，锂、锰、镍的浸出率更是可以轻松突破80%。和传统低共熔溶剂动辄数小时的高温加热比起来，这个速度简直可以说是“回收光速”。

图说：三种氨基氯化物溶液在60℃下搅拌15分钟后的浸出率对比

https://doi.org/10.1002/smll.202513823

研究人员还用电子显微镜全程观察了浸出过程，结果完美印证了之前的推断：不到1分钟，原本光滑的正极材料颗粒表面就开始变得粗糙，还出现了明显的大裂纹；3到5分钟后，颗粒表面已经布满孔洞，溶液顺着裂缝和孔隙向内不断侵蚀；最终原本致密的颗粒结构被彻底瓦解，变成了千疮百孔的海绵状碎结构。

图说：显微镜下HACl水溶液中浸出过程中NMC颗粒形貌的分辨图像

研究人员介绍，这套回收体系最大的优势就是可以在相对温和的条件下工作，为开发更可持续、更适合规模化推广的回收技术打开了新的方向。

更何况，把传统的有机溶剂换成水，带来的优势是全方位的。

首先，水的粘度极低，分子在水里可以自由移动，大大加快了化学反应和传质的速度，这也是这项技术能在室温下快速完成反应的核心物理基础。

其次，水本身廉价、无毒、不可燃，极大简化了废水处理和溶剂回收的流程，明显降低了环境负担和操作风险，让整个回收流程从源头上就更绿色、更安全。

相比之下，传统低共熔溶剂常用的有机成分比如乙二醇，哪怕毒性不高，合成和处理过程依然会带来额外的环境影响。

这项研究还打通了一条完整的闭环回收路径：研究人员用化学沉淀法从浸出液里回收了金属，再用回收得到的原料成功合成了全新的NMC正极材料。

这意味着，这种温和快速的水基方法完全可以接入现有的电池回收再制造产业链，让宝贵的金属资源从废旧电池中来，再回到新电池中去，真正实现“从摇篮到摇篮”的循环经济。

Reference：

[1]https://news.rice.edu/news/2026/scientists-rice-pioneer-faster-greener-method-recycle-lithium-ion-batteries

[2]https://interestingengineering.com/energy/rice-battery-metals-water-recycling

[3]https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202513823