长安大学能源与电气工程学孟凡博副教授在能源领域知名期刊《Advanced Energy Materials》上发表了题为《Recycling spent lithium-ion layered cathodes: Toward direct single-crystalline regeneration technology》的综述论文。孟凡博副教授为第一作者，长安大学为第一署名单位和通讯单位。

图1 退役多晶正极单晶化修复再生的示意图

随着全球气候变化与环境可持续性担忧加剧，新能源汽车（NEV）尤其是锂离子电池（LIB）动力汽车的普及，正推动全球交通与能源领域变革。然而，汽车动力电池5~8年的使用寿命意味着“退役潮”即将来临——预计到2030年，中国动力电池年退役量将达380 GWh，较2021年增长近36倍。这一趋势在全球范围内普遍存在，退役正极材料的回收利用已从技术问题升级为社会核心议题。这篇文章系统剖析了现有技术瓶颈，并指出直接单晶再生（DSCR）技术是实现正极材料闭环利用的关键方向，为行业发展提供了重要参考。

图2 动力电池层状废正极氧化物回收利用现状。基于NCM111正极材料，三种回收工艺（a、d）火法回收、（b、e）湿法回收、（c、f）直接再生工艺的回收生产流程图及相应的生产成本、能耗与环境影响（传统生产的各项参数均设定为100%），以及多晶与单晶层状正极材料的对比。

直接再生技术相比传统方法实现了技术上的创新，该技术无需将正极材料拆解为元素或前驱体，通过精准补锂与低温处理，即可原位修复退役正极的晶体结构缺陷，保留原有微观形态。而单晶正极（SC-NCM）结构设计为提升再生材料性能提供了关键解决方案。商用多晶正极（PC-NCM）因晶界错位、应力集中，在充放电循环中易产生微裂纹与电解质侵蚀，导致性能衰减。而单晶正极凭借其消除晶界的本征优势有效破解上述难题。

图3 单晶正极材料所具备的关键优势。（a）单晶正极材料的微观形貌及高结构可逆性示意图，以及其各项优势：（b）无微裂纹、（c）界面副反应少、（d）热稳定性提升，以及（e）循环性能稳定。

基于现有研究成果，本文从目标产品设计与工艺流程简化两个方面提出DSCR技术的优化方向，为工业化应用铺路。一方面，需精准控制锂补充动力学，避免富锂副相生成；优化单晶颗粒尺寸，平衡离子扩散效率与界面稳定性；通过表面包覆与体相掺杂等技术解决单晶正极离子传导慢、相转变不可逆等问题。另一方面，预处理环节采用有机溶液洗脱法（如植酸水溶液），实现活性材料与集流体高效分离，无金属损耗；再生环节引入低温共熔盐、焦耳加热等技术，缩短处理时间。同时，将铝、铜集流体直接用于正极掺杂，实现 “以废治废”，提升资源利用率。

最后，本文针对尽管DSCR技术目前存在的问题，提出了未来行业需重点突破五大关键方向：（1）少步骤近程直接回收；（2）目标化单晶产；（3）电池与电极结构优化；（4）改进失效检测方法；（5）统一经济评价体系。这篇综述系统剖析了动力电池正极回收的技术痛点与解决路径，为行业发展提供了清晰的技术路线图。随着DSCR技术的不断成熟，未来有望实现退役正极材料的高值再生利用，缓解战略金属资源短缺压力，推动新能源产业可持续发展。

图4 直接单晶再生的未来发展方向存在几个问题。（a）少步骤的近距离直接回收过程，（b）有针对性的再生单晶产品，（c）电池和电极结构设计，（d）修改的故障测量，以及（e）统一的评估系统。

期刊介绍：《Advanced Energy Materials》是能源领域的顶级期刊，影响因子26.0，中科院大类一区TOP期刊，内容主要涵盖聚焦能源收集、转换与存储技术，如电池、太阳能材料等前沿领域中具有突破性和多学科交叉性的研究成果。

论文信息：Meng F., Li Y., Lin W., Chen J., Zeng Y., Xia Y., Yuan B., Chen H.*, Hu R.*, Recycling spent lithium-ion layered cathodes: Toward direct single-crystalline regeneration technology. Advanced Energy Materials, 2025, e04206.

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202504206

（供图供稿：孟凡博 审核：耿莉敏 编辑：韩啸）