背景介绍
随着新能源汽车和储能产业快速发展，锂离子电池（LIBs）需求持续增长，大量退役电池将带来日益严峻的资源安全与环境问题。传统火法、湿法及直接回收技术虽然能够实现一定程度的金属回收，但分别存在高能耗、污染物排放、酸性废水、后续分离复杂以及反应速率慢等问题，难以兼顾回收效率、环境友好性与经济性。因此，亟需发展基于分子设计和精准分离的新型资源回收体系。低共熔溶剂（DES）凭借低污染潜力、良好的金属配位能力以及可设计性受到广泛关注，其既可通过提供质子破坏废旧电池材料结构，又可通过与溶出金属离子配位促进其稳定溶解和选择性分离，为废旧LIBs的绿色、高效和闭环回收提供了新的技术选择。
基于上述背景，北京工业大学吴玉锋、王长龙团队在《Coordination Chemistry Reviews》期刊（IF=25.6)发表了题为《Deep Eutectic Solvents in Sustainable LIB Recycling: Leaching Mechanisms, Life – Cycle Assessment, and Future Roadmap》的研究成果，团队本科生潘晔，博士生赵松安为共同第一作者。该成果系统总结了DES在废旧LIBs绿色回收领域的研究进展，梳理其通过“质子攻击—配位稳定”协同机制实现高效溶解与选择性分离，并从LCO、NCM、LFP及石墨等典型电极材料出发，阐明酸度、还原性、配体化学、水含量与黏度等关键因素对金属浸出和分离行为的调控规律；进一步结合生命周期评价（LCA）与技术经济分析（TEA），揭示DES兼具环境与经济潜力，构建从分子设计、过程强化到溶剂再生与闭环回收的产业化路线图，并进一步强调前端原料解构与后端材料再生的全流程协同，提出以目标产物需求反向指导原料分级、浸出分离及后端再生的思路，为应对实际黑粉组成波动及推动再生资源与原生资源协同利用提供新的发展方向。
论文亮点
1. 从配位化学视角系统总结DES在LIBs浸出过程中的作用机制
本文系统梳理了国内外研究者关于DES浸出机制的研究，从金属离子配位行为出发，总结质子诱导晶格破坏与金属离子配位稳定在金属溶解过程中的协同作用，并归纳“质子作用—晶格破坏—金属配位—溶解稳定”的机制关系，为进一步理解DES的金属浸出行为提供新的认识视角。
2. 系统阐明DES组成与LIBs回收过程的构效关系
围绕HBA/HBD组成、酸性、氧化还原能力、配位能力、水含量及黏度等关键因素，系统梳理国内外研究者对不同金属浸出行为的研究，着重总结DES分子组成与金属浸出性能之间的构效关系及协同调控规律，并进一步归纳DES分子设计与金属浸出、选择性分离及后续资源化回收之间的联系，提出“分子设计—浸出—分离—回收”的全流程研究思路，为DES基LIBs回收体系的设计与优化提供参考。
3. 结合LCA与TEA技术，多维度分析DES基LIBs回收技术
本文结合LCA与TEA，从环境影响、能源消耗、经济成本等多个维度，对已有DES基LIBs回收研究进行系统分析，并与传统湿法冶金路线进行对比，归纳DES在环境与经济性能方面的优势与局限，为后续研究开展更加全面的技术评价提供参考。
4. 系统梳理DES基LIBs回收面向实际应用的关键问题与发展方向
针对国内外研究中普遍关注的高黏度、传质受限、溶剂再生、杂质累积以及真实废旧电池原料适配性等问题，本文系统梳理现有研究进展及面临的关键挑战，并从DES分子设计、过程强化、溶剂循环、真实原料适配以及上下游协同等方面总结未来可能的发展方向，为推动DES基LIBs回收由实验室研究向实际应用发展提供参考。
核心内容
传统湿法冶金可通过浸出、分离等过程实现废旧LIBs中有价金属的高效回收，是目前应用最为成熟的回收技术之一。在众多湿法回收路线中，碱浸、无机酸浸、有机酸浸和生物浸出因其不同的化学作用机制和过程特征而受到广泛关注。其中，无机酸浸具有浸出效率高、工艺成熟等优势，但面临酸耗高、设备腐蚀及废水处理等问题；有机酸浸更加温和环保，但受限于反应动力学和试剂成本；生物浸出具有低能耗、低污染优势，却存在反应周期长、培养条件严格及产业化程度低等瓶颈。
基于此，本文系统梳理了废旧LIBs湿法冶金回收技术，围绕碱浸、无机酸浸、有机酸浸和生物浸出四类主要路线，总结其金属浸出、选择性分离及过程强化策略。系统比较不同技术在浸出效率、选择性、环境影响和经济性方面的特点，进一步指出传统湿法冶金仍难以同时兼顾高效率、高选择性、环境友好性与经济性，为DES等新型绿色回收体系的发展提供了重要需求。
在DES在废旧LIBs的回收中的应用与发展方面，从DES的组成、形成机制及分类出发，分析其低熔点、低挥发性、低毒性、易制备及可设计等优势，并进一步解析影响金属回收的关键因素。研究表明，DES中的酸度、氧化还原能力及配体/阴离子化学共同调控正极晶格破坏与金属离子溶解；水含量和黏度则通过改变配位环境与传质过程影响浸出动力学及选择性。在金属分离阶段，金属—配体稳定性差异、选择性沉淀和反溶剂结晶进一步实现多金属体系的选择性分离。
在机制层面，本文进一步梳理了已有研究对DES中“质子攻击—配位稳定”协同溶解机制的认识：H⁺首先攻击正极中的金属—氧键，促进晶格破坏并释放金属离子，随后DES中的配体通过与溶出金属离子配位形成稳定络合物，从而促进金属持续溶解。
在材料体系方面，本文系统梳理了国内外研究者针对LCO、NCM、LFP及石墨负极开展的差异化回收研究。已有研究表明，LCO体系主要围绕酸度、还原能力及金属配位行为调控Li和Co的浸出与分离；对于NCM体系，研究者主要利用Li、Ni、Co、Mn与DES组分之间的配位差异，并结合沉淀、结晶等方法实现多金属分离；针对LFP中Li/Fe选择性分离问题，已有研究进一步引入机械化学、光解、氧化及碳热冲击等过程强化手段。此外，DES也被用于石墨负极的杂质去除、纯化再生及功能化处理。通过对上述研究的系统归纳可以看出，DES在LIBs回收中的应用已逐步从单一的金属浸出拓展至分离、再生及材料功能化等多个环节。
在工艺性能综合评估中，本研究系统比较了酸浸、碱浸与DES浸出三种湿法冶金路线，涵盖反应条件、浸出效率、溶剂用量、可回收性，以及LCA和TEA等多维度指标。结果表明，酸浸在强酸与还原剂辅助下浸出动力学最为迅速；碱浸因OH⁻与Li反应并破坏材料结构，反应速率居中；DES则受限于高黏度和内部氢键网络，传质受阻，浸出速率最慢。然而，DES的浸出过程依赖于表面质子化、金属还原、配体配位及金属-配合物扩散的协同作用，在适度液固比下仍能实现良好浸出效果，且表现出优异的溶剂循环稳定性。
经济性方面，DES直接成本最高（8.63美元/kg），高于酸浸（6.71美元/kg）和碱浸（7.54美元/kg），主要源于原料成本。但通过萃取—沉淀集成分离，DES可获得更高金属回收率与产品纯度，实现利润约5.29美元/kg和收益13.92美元/kg，说明其前期高成本可通过选择性与一体化优势部分抵消。
环境表现上，DES避免强酸强碱使用，减少废物产生，酸化与毒性潜势明显优于酸碱法；但其非生物资源消耗与全球变暖潜势偏高，主要与化石基原料、制备能耗及较高温长时间操作有关。未来需发展生物基DES、优化合成与浸出条件、构建闭环回收体系，并结合工业规模验证（考虑物流、能源和原料供应链等因素），以进一步提升LCA/TEA评价的可靠性，推动绿色低碳回收技术的实际应用。
a-c) Comparison of three leaching processes under different parameters. d-f) Cost percentages of recycling process. g) Revenue analysis. h) Profit analysis. i) Overall environmental impact comparison of the three recycling processes.
总结与展望
该成果系统梳理了DES在废旧LIBs资源化回收中的研究进展，从DES的组成、形成机制与分类出发，围绕LCO、NCM、LFP等典型正极材料及石墨负极，系统总结了其浸出、分离、再生与功能化策略。在此基础上，本文阐述了在多个DES浸出体系中得到体现的“质子攻击—配位稳定”协同溶解机制，进一步结合不同金属的配位差异、选择性沉淀及反溶剂结晶等策略，DES的作用逐渐由传统浸出介质拓展至“浸出—分离—再生—功能化”一体化回收平台。此外，DES已展现出对不同类型废旧LIBs的适应能力。同时，DES也被证明具有较强的分子可设计性和过程可调控性，为构建面向不同废旧LIBs组成的定制化回收体系提供了新的可能。
尽管如此，基于DES的LIBs回收仍处于由实验室研究向实际应用发展的关键阶段。现有研究表明，高黏度及复杂氢键网络导致的传质受限和浸出动力学缓慢，是影响DES规模化应用的重要因素，未来可进一步探索低黏度DES、适量共溶剂以及超声、微波等过程强化手段，并加强DES组成、氢键结构、黏度与浸出动力学之间定量关系的研究。同时，针对长期循环过程中可能发生的组分消耗、热分解、氧化及金属离子累积，需要进一步发展溶剂再生与结构监测方法；机器学习、神经网络及热力学模型等技术也有望为DES组成与性能预测及反向设计提供新的研究工具。
面向实际应用，未来研究还应进一步从成分明确的实验室级电极材料转向含集流体、隔膜、电解液残留、黏结剂、导电碳及多种金属杂质的真实废旧LIBs，重点关注复杂杂质条件下的选择性浸出、产品纯化及溶剂稳定性。同时，实际黑粉处理还需要加强与下游材料制备环节的协同，根据目标产品需求反向优化原料分级、浸出及分离工艺，使前端解构获得的物料组成和杂质水平更好地匹配后续材料制备要求。此外，通过探索黑粉与红土镍矿等原生资源的协同处理，在不同来源物料具有较好组成匹配性的情况下，可进一步共享后续纯化及前驱体合成单元，从而提高资源配置效率和体系对原料波动的适应能力。通过上述研究方向，有望推动DES基LIBs回收从单纯关注浸出效率逐步转向以目标产品为导向的全流程协同与资源整合。
