科大團隊於鋰離子電池回收領域取得重大突破　促進關鍵金屬回收與減碳轉型

鋰離子電池廣泛應用於消費電子產品、電動車及可再生能源儲能系統，其高效回收對於資源循環再用及減碳至關重要。由香港科技大學（科大）土木及環境工程學系曾超華教授領導的研究團隊，近日揭示一種原子級的新機制，闡明阻礙鋰離子電池高效回收的關鍵因素。這項突破不僅挑戰長久以來的假設，亦為更潔淨、高效的鋰離子電池金屬回收技術奠定科學基礎。

透過先進表徵技術與第一性原理模擬，研究團隊發現，在鋰離子電池回收過程中，機械拆解階段所產生的鋁雜質會滲入鎳–鈷–錳陰極材料晶體，誘發其內部化學結構重組。此過程會形成超穩定的鋁–氧鍵，將具價值的金屬元素——鎳、鈷、錳——密緊束縛於陰極晶體，抑制這它們的可溶性，從而導致在回收過程，尤其是在常用於水冶金技術的酸性溶劑中，這些金屬難以有效釋出與提取。

被忽略的雜質、潛藏的影響力：鋁成為回收障礙的關鍵機理因子

過去數十年，鋁一直被視為報廢鋰離子電池中的操作性雜質，從未受到重視；然而，科大團隊的研究顯示，鋁實際上是導致回收效率下降的重要機理性干擾源。在電池回收的機械拆解過程中，鋁箔殘留物會因摩擦接觸而滲入鎳–鈷–錳陰極晶體。它們表面看似微不足道，卻實際上改變了陰極晶體的內部結構。

團隊利用高解析度顯微技術與密度泛函理論模擬證實，鋁原子會選擇性地取代晶格中的鈷元素，形成高度穩定的鋁–氧鍵，這些鍵固定了晶格中的氧，使鎳、鈷、錳這些具價值金屬在後續浸出過程中難以釋出，進一步降低回收效率。

曾教授指出：「我們的研究結果證明，即使是極微量的鋁污染，也足以顯著改變鎳、鈷、錳材料於回收體系中的表現。這促使我們重新思考『從電池到電池』的回收鏈中，應如何有效地管理雜質的傳輸機制。」

研究進一步指出，溶劑種類會影響鋁的反應。例如：鋁在甲酸中會抑制金屬釋出；在氨水中則促進金屬釋出；而在深共熔溶劑中，則表現出複雜的混合效應。這些差異正正突顯出精密化學設計工藝在回收過程的重要性。

建構低碳循環電池的未來藍圖

上述發現為應對鋰離子電池回收的兩大瓶頸——雜質干擾與高能耗問題——勾勒出清晰藍圖。結合精準的雜質分析與智能分解策略，研究成果為業界與政策制定者提供可行的解決方案，加速推動可持續電池回收技術的轉化應用。

曾教授表示：「我們不僅是在解決當前的問題，更是在重新定義甚麼是真正氣候友善、高效的電池回收方式。」

這些創新發現亦與聯合國可持續發展目標保持一致，特別是「負責任消費與生產」、「經濟適用的清潔能源」與「氣候行動」等目標。

國際合作　落地轉化

科大的電池回收研究正積極從實驗室轉化至產業應用。曾教授團隊的研究成果以「Dissolution of Spent Lithium-Ion Battery Cathode Materials: Overlooked Significance of Aluminum Impurities」為題最近發表於《先進科學》（2025年6月，第12卷21期），並獲選為該期的封底亮點。

論文合著者包括曾教授及其團隊成員——博士生張鈺瑩、兩位前博士後研究員劉康博士（現為青島理工大學教授）和王萌萌博士（現為中國科學院生態環境研究中心百人計劃研究員），以及來自加州大學柏克萊分校的合作夥伴。