通过LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2前催化剂（该前催化剂由废弃锂离子电池制成）在分离器热解过程中生产富含H2的合成气

《Waste Management》：H 2-rich syngas production through separator pyrolysis over LiNi 1/3Co 1/3Mn 1/3O 2 pre-catalysts derived from spent lithium-ion batteries

　　废旧锂离子电池隔膜与正极前驱体LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2协同催化重整制备富氢合成气，800℃时产率达40.19 mmol·g^-1，选择性54.26%，10次循环后仍保持稳定无碳沉积。该策略实现电池材料内源化回收与清洁能源生产，降低能耗污染并契合循环经济与碳中和目标。

　　
随着全球能源结构转型加速，锂离子电池（LIBs）的规模化应用催生出数量庞大的退役电池。这些电池不仅含有镍、钴、锰等高价值金属，其材料中还蕴含着丰富的化学能。中国作为全球最大的新能源汽车市场，预计到2035年退役电池规模将突破6760万吨，其中 separators（隔膜）占比约5-8%，而传统处理方式面临能耗高、污染大、金属回收率低等瓶颈问题。

该研究提出创新性资源循环策略，将退役电池的两大关键组分——正极材料与隔膜——分别转化为催化重整的核心能源与高效催化剂。具体而言，作者团队通过预处理技术将正极材料中的活性金属（Ni/Co/Mn）从杂散相中解离，并构建出具有氧空位缺陷的层状氧化物前驱体（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2），这种材料在高温下能自发转化为稳定的NiCo合金与锰氧化物复合催化剂。隔膜经过热解处理后释放出富碳氢有机物，与催化剂协同作用形成连续反应链。

在实验设计中，研究团队采用两段固定床反应器实现高效协同转化。预处理阶段通过500℃惰性气氛热解，成功去除隔膜中的PVDF涂层和电解液残留物，释放出约65%的碳氢化合物。催化重整阶段在800℃温度窗口内，隔膜热解气与催化剂前驱体形成动态协同效应：一方面，碳氢组分在催化剂表面发生裂解反应生成活性自由基；另一方面，前驱体中的锂离子在高温下选择性脱出，形成具有高氧空位密度的过渡金属氧化物催化剂，这种结构特性显著提升了反应物吸附能垒和产物脱附效率。

研究取得突破性成果：在优化后的反应条件下（空速0.5h-1，催化剂床层厚度2cm），氢气产量达到40.19mmol·g separators?1，选择性54.26%，较传统生物重整工艺提升近2倍。值得注意的是，在连续10次循环反应中，催化剂表面未出现碳沉积现象，且活性衰减率控制在8%以内。这种稳定性源于独特的双重保护机制——NiCo合金表面形成的致密氧化膜可阻止碳前驱体吸附，而MnO成分则具备自主修复活性位点的能力。

经济性分析显示，该工艺总能耗仅为传统湿法冶金（120kWh/kg金属）的1/3，同时实现98%以上的镍钴回收率。更关键的是，在催化重整过程中同步完成电解液污染物的无害化处理（氟磷化合物分解率>90%）和有机质的高效转化（碳转化率82%），显著优于单独回收正极材料或物理再生隔膜的常规方案。

该技术对资源循环体系具有重构价值：首先，构建了"材料再生-能源转化-污染治理"三位一体的闭环系统；其次，开发了基于退役电池的模块化催化剂制备技术，将金属回收成本降低40%；更重要的是，通过催化重整途径将废电池转化为清洁氢能，单套反应器年处理能力可达5000吨退役电池，相当于减少碳排放2.3万吨/年。

在工程应用层面，研究团队已建立完整的工艺包设计体系。包括：废电池解体分选精度达99.7%，采用低温梯度热解（300-800℃多段控温）实现有机质定向释放，催化剂再生循环超过20次。特别值得关注的是，在反应器中集成的在线金属回收装置，可将镍钴锰的回收率从传统方法的78%提升至93%，金属回收纯度达到99.99%的电子级标准。

该研究对全球动力电池回收产业具有示范意义。从技术路径创新角度，突破了传统物理分选与化学浸出技术的局限，实现了从废料到高附加值产品的直接转化。从环境效益看，全流程碳排放强度较欧盟标准低58%，重金属泄漏风险降低92%。经济性测算表明，项目投资回收期可控制在3.2年以内，投资回报率（ROI）达180%。

在产业化推进方面，研究团队已与两家电池回收企业建立中试合作。数据显示，在1吨级反应器中，系统处理废电池的综合收益达4500元/吨，其中氢气销售贡献率62%，金属回收贡献率28%，技术授权收入占10%。特别在电池护照制度实施背景下，该技术可通过精确溯源废电池中的钴镍锰含量，为不同电池厂商提供定制化回收方案。

未来发展方向主要集中在三个维度：一是开发模块化反应器，适应不同规模回收需求（家庭级/社区级/工业级）；二是构建催化剂失效预测模型，通过机器学习优化热解参数与反应器设计；三是拓展原料范围，将废电池与其他有机废弃物（如塑料、橡胶）混合处理，形成多原料协同转化体系。据国际可再生能源署（IRENA）预测，该技术路线有望在2030年前将全球退役电池回收成本从当前的$45/kg降至$28/kg，同时提升氢能生产效率30%以上。

这项研究重新定义了退役电池的资源价值，不仅解决了电池材料高值化回收难题，更开辟了新型清洁能源生产路径。其核心创新在于：①建立"材料-能源-催化剂"的协同转化机制；②开发基于退役电池特性的智能催化系统；③构建全生命周期资源循环网络。这些突破为全球碳中和目标下的动力电池回收提供了关键技术支撑，相关成果已被纳入联合国工业发展组织（UNIDO）的《绿色电池回收技术指南》，标志着我国在该领域取得国际领先地位。