导语
面对堆积如山的废旧锂电池与难降解的PVC塑料，传统各自为政的处理方式往往能耗高、污染重、经济性差。清华大学环境学院邓兵团队在《细胞报告-物理科学》上发表了一项开创性回收策略，巧妙地将两大环境难题合并解决。研究提出超快电热氯化法，利用废PVC塑料作为反应试剂，通过焦耳加热产生瞬时高温（400-2000°C），在数秒内即可将废旧正极材料中的锂选择性转化为易水溶的氯化锂，同时将钴、镍、锰等金属高效还原分离。更有价值的是，PVC中的碳在反应中被原位催化转化为高附加值的闪蒸石墨烯。该工艺对多种主流正极材料（LCO、LMO、NCM）均适用，实现金属回收率94-99%，并将碳排放降低84-94%，运行成本削减85-95%，为“垃圾协同升级再造”提供了兼具环境与经济效益的颠覆性方案。
研究核心亮点
策略颠覆：首创“以废治废”协同工艺，用废PVC塑料作为氯化剂和还原剂，10秒内同步转化废锂电池正极，实现“电池回收+塑料升级”一步完成。
性能卓越：对多种正极材料普适，锂与过渡金属分离因子最高达~2600，金属综合回收率>94%，并同步产出高价值石墨烯。
经济环保：全流程极大简化，相比传统工艺，降低碳排放84-94%，减少运行成本85-95%，且副产品价值高。
机制清晰：通过精确调控脉冲焦耳热的瞬时温度场，利用热力学驱动力实现锂的选择性氯化与过渡金属的高效还原分离。
图文解读
图1：协同回收工艺流程与反应调控
本图展示了整个“一石二鸟”策略的核心流程：将废电池正极粉与PVC粉混合后，通入脉冲电流进行秒级焦耳加热反应，随后通过简单的水浸和稀酸浸步骤即可分别回收锂和过渡金属。关键在于，通过调节电流可精准控制反应在400-2000°C的宽温区内进行，确保反应快速、彻底。热重与质谱分析证实，PVC在此过程中分解释放氯化氢，正是其提供了关键的氯源并充当了还原剂。
图2：从废钴酸锂中高效选择性提锂
对于废LiCoO₂，热力学计算与实验证实，在优化的焦耳热条件下（如~1150°C），锂被优先转化为水溶性的LiCl，而钴则被还原为金属单质并被石墨碳包裹。这种选择性转化使得仅用水即可浸出高达97.2%的锂，而钴几乎不溶，实现了极高的锂/钴分离因子（~2670）。后续用极稀的酸即可高效回收钴。
图3：针对锰酸锂的回收策略优化
对于废LiMn₂O₄，研究通过降低PVC投料比，巧妙调控反应路径，抑制锰的氯化物生成，使其转化为氧化物。在优化条件下，仍能实现94.2%的锂回收率和良好的锂锰分离。这证明了该策略可通过参数微调适应不同化学体系的正极材料。
图4：复杂三元材料的高效同步回收
面对成分更复杂的废三元材料（NCM），该策略同样有效。热力学计算显示各金属元素在高温下均倾向于被还原。实验成功将NCM转化为金属钴、镍和氧化锰的混合物，锂回收率高达99.3%。后续用稀酸可一步浸出全部有价过渡金属，展示了工艺的强大普适性。
图5：PVC碳资源的高值化转化——生成闪蒸石墨烯
本研究的一大增值亮点在于对PVC中碳的处理。表征表明，在电池正极中过渡金属的原位催化下，PVC裂解产生的碳被高效转化为具有明显石墨烯层状结构的材料。与单独热解PVC得到无序碳相比，此协同过程不仅提升了碳产物的价值（石墨烯），还显著抑制了有害氯代有机物等副产物的生成。
图6：工艺的环境与经济性优势量化
系统的生命周期评估与技术经济分析给出了令人信服的量化结果：相比于传统的湿法冶金、火法冶金等工艺，本电热氯化策略在处理每吨废电池时，能减少84-94%的温室气体排放，并降低85-95%的运行成本。考虑高价值石墨烯副产物的收益，其经济优势更为显著，在多维度性能雷达图中展现出全面的领先性。
行业价值与展望
这项工作远不止于一项实验室技术，它展示了一种全新的循环经济范式：将两种不同废弃物的处理流程创造性耦合，让彼此的“废料”互为“原料”和“试剂”，在极短时间内同时实现元素高效回收与碳资源高值化升级。其意义在于跳出了传统回收的思维定式，为解决“退役潮”下的动力电池回收与“白色污染”难题，提供了一个高效、低碳且极具成本竞争力的系统性解决方案。未来，推动该策略向连续化、工程化方向发展，并探索其适配更复杂废物体系的潜力，将有望催生一个全新的绿色回收产业。
文献信息
Teng Wang, Erkang Feng, Zhenyu Ren, et al.Bing Deng*. Co-recycling of waste lithium-ion batteries and polyvinyl chloride plastics.Cell Rep. Phys. Sci.7, 103048 (2026).
https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2025.103048
