鋰離子電池回收的日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)應(yīng)在設(shè)計(jì)階段解決。迄今為止，制造商已將更多的精力放在安全性，功率密度和可循環(huán)性上。

來自萊斯特、紐卡斯?fàn)柡筒骱泊髮W(xué)的鋰離子電池回收研究人員、法拉第機(jī)構(gòu)、ReCell中心和Argonne國家實(shí)驗(yàn)室對產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行了檢驗(yàn)，并在《鋰離子電池回收設(shè)計(jì)的重要性》一文中發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)，這是一篇發(fā)表在《綠色化學(xué)》上的評論。

要使任何材料都具有循環(huán)經(jīng)濟(jì)性，重要的是，要減少組件數(shù)量，與初級過程(原料提取)相比，次級過程(回收)的成本要低，簡單的純化流程，有價(jià)值的組件以及收集和回收隔離機(jī)制。如果材料不被回收利用，當(dāng)材料對環(huán)境產(chǎn)生重大影響時(shí)，這也將有所幫助，因?yàn)檫@往往要求其進(jìn)行回收。

鉛酸電池滿足了這些設(shè)計(jì)要求，這解釋了日本，美國和歐洲大部分地區(qū)的回收率接近100%，回收利用機(jī)制可回收電池總質(zhì)量的98%以上。

鋰離子電池中陰極和集電器的相似密度值使類似方法無法實(shí)現(xiàn)。因此，鋰離子設(shè)備需要諸如氧化還原反應(yīng)，溶解度之類的方法，或者利用靜電和磁性能來分離組成電池的材料。

缺乏標(biāo)簽是有效回收制度的另一個(gè)重大障礙。與鉛酸電池不同，鋰器件具有多種化學(xué)和結(jié)構(gòu)，例如NCA，NMC，LMO，LCO和LFP電池，所有這些都可以結(jié)合到不同的化學(xué)中。電池也可以以袋狀，棱柱形或圓柱狀的形式出現(xiàn)，然后再焊接到模塊中并組合成組。

英美研究小組表示，電池標(biāo)簽沒有全球標(biāo)準(zhǔn)，需要向回收商清楚地表明設(shè)備的成分。結(jié)果，濕法冶金–涉及粉碎和酸處理;酸法之前的高能耗冶煉和火法冶金已成為鋰離子電池回收中的常識。濕法冶金需要預(yù)處理，排放和正確拆卸，而不是“粉碎”。

電池組中電池和模塊的排列方式有所不同(有時(shí)在單個(gè)EV制造商車隊(duì)中)，這給回收商帶來了另一個(gè)障礙。鋰離子設(shè)備的組織結(jié)構(gòu)以最大化的安全性和電池壽命為代價(jià)，但以可回收性為代價(jià)。

電池?cái)?shù)量越高，活性和有價(jià)值的材料在電池重量中所占的比例就越低。增加的細(xì)胞數(shù)也使打開和分離步驟復(fù)雜化，這增加了回收成本。具有85 kWh電池組的Tesla Model S電動汽車(EV)包含16個(gè)模塊，每個(gè)模塊包含444個(gè)電池單元，每輛汽車中有7104個(gè)圓柱電池單元。

《綠色化學(xué)》論文的作者寫道：“當(dāng)拆除速度緩慢且成本高昂時(shí)，唯一的回收方法將成為火法冶金，這既昂貴又效率低下。因此，回收處于'捕獲22'情況，電池和電池組設(shè)計(jì)控制著回收策略。”

手動拆卸包裝和模塊以提取單個(gè)細(xì)胞是回收純凈材料的首選方法，但比粉碎要花費(fèi)更長的時(shí)間。電池和電池組設(shè)計(jì)的無數(shù)組合加劇了這種延遲，這使得自動拆卸幾乎無法實(shí)現(xiàn)。

研究人員表示電池還可能具有堅(jiān)固的母線，而不是目前連接模塊的柔性電纜。這樣的結(jié)構(gòu)可以看到單元直接連接到母線，而無需模塊，并且機(jī)器人可以更容易地將單元從母線分離。通過添加斷點(diǎn)或其他打開機(jī)制，可以更輕松地訪問和分離單元組件。

研究人員表示不切碎地分離電極材料可以將回收成本降低到比采購原始材料便宜多達(dá)70%。英美集團(tuán)表示，全面的標(biāo)簽，簡化的整體結(jié)構(gòu)，易于打開的設(shè)計(jì)以及可逆的膠粘劑和粘合劑將解決大部分鋰離子電池回收問題。

學(xué)者們還提出了如何制定此類法規(guī)的建議，暗示制造商的責(zé)任范圍擴(kuò)大以及回收報(bào)廢產(chǎn)品的義務(wù)將促使工程師采用“回收設(shè)計(jì)”方法。