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退役
锂电池Ni/Co一步法精准分离：揭示水在深共晶溶剂体系中的关键作用第一作者：胡星宇通讯作者：石慧*，罗旭彪*单位：南昌航空大学，井冈山大学
研究背景
随着电动汽车与
储能产业的爆发，退役三元锂离子电池(NCM)的“城市矿山”价值日益凸显。然而，电池正极中过渡金属的理化性质极为相似(尤其对Ni、Co而言)，传统回收工艺难以高选择性地将其分离，导致资源浪费与环境二次污染。如何开发绿色、高效、精准的分离策略，已成为全球
锂电池回收领域亟待突破的瓶颈。
文章简介
近日，南昌航空大学/井冈山大学罗旭彪教授团队在国际知名期刊《Energy Storage Materials》发表题为“Precise Ni/Co Separation from Spent Li-Ion Batteries: Revealing the Pivotal Role of H2O in Deep Eutectic Solvents”的研究文章。首次提出以“H2O介导的深共晶溶剂(DES)”一步法实现Ni/Co精准分离的新思路。该文章通过精确控制DES体系水含量，巧妙放大Ni??与Co??在配位化学与溶解度上的细微差异，达到Ni/Co的高选择性分离因子(125)。并通过相关表征和理论模拟计算相结合，深入探究了过渡金属选择性分离的内在机制，为退役锂电池资源循环提供了“绿色范本”。
本文要点
要点一：DES的制备与筛选
文章以氯化胆碱(ChCl)为氢键受体(HBA)，二元羧酸为氢键供体(HBD)，构筑一系列DES。筛选出的DES(ChCl-丙二酸)一枝独秀实现了Ni/Co的显著分离。丙二酸的双邻位羧基可与过渡金属形成稳定螯合物，加之ChCl提供足量Cl-，协同H2O调控配位环境，从而赋予DES对Ni/Co的独特选择性，为后续机理与工艺优化奠定基础。
图1.DES的制备与筛选
要点二：Ni/Co 选择性分离性能优化
在45min、1/50、100℃条件下，通过调节浸出体系中的水含量，实现了Ni和Co的精确分离(SF高达125)。通过表征可知，在该条件下Ni以沉淀的形式存在于固相中，而Co则以络合态存在于溶液中。H2O/Cl协同诱导Ni和Co产生了不同的配位化学行为，以及溶解度差异的放大。
图2. DES对不同金属的浸出效率
要点三：H2O的“双重效应”
文章中通过分子动力学模拟分析了在不同水含量介导下，过渡金属的配位行为差异。此外，通过实验表征的验证表明体系中低含水量时，Ni2+与Co2+均以[NiCl4]2-/[CoCl4]2-阴离子络合物存在，难以区分。当水含量提升时，Ni2+优先形成[Ni(H2O)6]2+阳离子络合物，而Co2+仍保持[CoCl4]2-结构。该配位差异直接导致Ni2+与丙二酸根结合沉淀，Co2+则留在溶液，进而实现精准分离。同时水含量的提升致使溶解度差异被放大25.6%，成了Ni/Co分离的“临门一脚”。
图3. 深共晶溶剂分离Ni/Co的相关表征与原理示意图
要点四：过渡金属分离工艺构建与全生命周期评价(LCA)
相比传统多步萃取或高温焙烧，该工艺仅需45 min、100 °C即可完成Ni选择性沉淀，有机酸用量降低78%。生命周期评估(LCA)显示，DES路线温室气体排放仅684 g kg??，能耗7 MJ kg??，显著优于火法/湿法工艺，且可实现>15.6 $/kg经济收益。
图4. DES选择性分离工艺构建与LCA分析
要点五：总结
文章中提出了一种新的方法来解决从废LIB中选择性分离过渡金属特别是Ni和Co的长期挑战，并深入揭示了H2O在DES体系中独特的双重作用—不仅改变了过渡金属的配位行为，产物盐的溶解度差异也被放大。此外，构建的工艺流程的技术经济评估呈现出显著优势，包括一步反应的短流程、无需额外的试剂、与传统的
镍钴分离DES体系相比，反应时间短、温度低，有机酸消耗量少，为绿色溶剂的合理设计奠定了基础，为解决清洁能源时代日益迫近的资源短缺危机提供了一种可规模化、生态高效的解决方案。
文章链接
Precise Ni/Co Separation from Spent Li-Ion Batteries: Revealing the Pivotal Role of H2O in Deep Eutectic Solvents
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829725005835
通讯作者简介
罗旭彪教授简介：井冈山大学党委书记，国家杰出青年基金与中国青年科技奖获得者，国家重点研发计划首席科学家，国家“万人计划”科技创新领军人才，2021年入选全球高被引学者。重金属污染控制与资源化国家地方联合工程研究中心副主任、
固废资源化专业委员会第一届委员会副主任、中国城镇供水排水协会工程教育专业委员会委员、中国青年科技工作者协会理事;担任Environment Functional Materials副主编、Chinese Chemical Letters、《环境工程》等杂志编委。长期致力于重金属废水及固废治理与资源化的原理、技术和工程应用研究。先后主持了国家重点研发计划、国家杰出青年基金、国家优秀青年基金等国家省部级项目18项;以第一作者/通讯作者发表论文100余篇，高被引论文19篇，出版中英专著4部，授权发明专利47项，相关成果获国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖、江西省技术发明一等奖、中国
有色金属工业科学技术一等奖、环境保护科学技术一等奖等10项奖励。
石慧副教授简介：南昌航空大学环境与化学工程学院副教授、硕士生导师。长期从事含重金属废弃物处理及定向资源化技术研究。主持国家自然科学基金青年/地区项目、国家重点研发计划子课题等国家及省部级项目8项。入选赣鄱俊才支持计划-主要学科学术和技术带头人。以第一/通讯作者发表SCI论文29篇，单篇最高引用1043次;以第一发明人申请专利19项，已授权8项;参编Elsevier出版社英文学术专著1部;参与制定锂电池回收利用团体标准3项;获2022年度江西省科技进步奖一等奖1项、2021年度中国有色金属工业科学技术奖一等奖1项。
第一作者简介
胡星宇，北京工业大学与南昌航空大学联合培养博士研究生，主要研究方向聚焦于退役锂电池回收。
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辽宁 - 沈阳
2025年09月12日 ~ 14日
