应用分享丨揭秘电池界的"黑粉"

在现代生活中，锂离子电池扮演着不可或缺的角色。这些电池不仅含有锂，还包含镍、锰、钴等关键元素，它们以不同的比例结合，构成了电池的正极材料。这些元素的比例，决定了电池的性能、能量密度和安全性。然而，随着电池寿命的终结，如何有效地回收和再利用这些珍贵的材料，成为了一个重要的科学课题。

锂电池的回收过程开始于电极的粉碎。这一步骤将电池的正极和负极材料混合，形成一种类似于“黑粉”的混合物。这种混合物包含了电池中的所有活性成分，如镍、锰、钴（NMCs）和石墨等。尽管这些黑色粉末外观上看起来没有什么特别，可实际上是复杂的元素集合体，其内部的元素分布蕴含着电池的原始信息。

为了解析“黑粉”的秘密，科学家们采用了微区XRF技术。微区XRF技术又称μ-XRF，可以分析样品中各元素的分布特征及含量信息，通过叠加关键元素的结果，可以揭示“黑粉”中不同元素的分布和比例。例如，镍、锰、钴等元素在图谱中以不同的颜色表示，从而可以直观地看出它们在“黑粉”中的相对含量。这些信息对于理解电池的化学组成和性能至关重要。

图1  使用Bruker M4 μ-XRF 分析不同来源的锂电池回收“黑粉”，可以清晰分辨Ni、Mn、Co、Fe、Ti等关键元素的分布特征及含量信息。图中 Ni, Mn, Co, Fe, Ti元素分别以绿，蓝，红，黄，白表示

另外，科学家们还能利用这些数据，在镍-锰-钴（Ni-Mn-Co）三元图中追溯“黑粉”来源。Ni-Mn-Co三元图可以帮助统计混合物中Ni、Mn、Co的比例，通过将“黑粉”的数据点映射到这个三元图中，我们不仅能够追溯到“黑粉”的来源，还能够分析出不同电池技术的元素使用效率和回收潜力。

随着电动汽车和可再生能源技术的快速发展，锂电池的需求预计将持续增长。因此，提高电池回收的效率和科学性，对于实现能源的可持续管理和减少环境影响具有重要意义。通过对“黑粉”等回收材料的深入研究，我们不仅能够更好地理解电池的生命周期，还能够推动循环经济的发展，为建设一个更加绿色的未来做出贡献。

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