科技日报记者 张蕴
在中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）能源催化转化全国重点实验室的实验区内，该所研究员陈忠伟正凝视着屏幕上跳动的曲线。“这是刚再生的三元正极材料电池的循环曲线。用这种材料做成的电池，在充放电1000次之后，电量仍然能达到全新状态的92%。”他指着曲线，话语中藏不住兴奋。
近日，由陈忠伟团队完全自主研发的连续化回收中试装置，成功稳定运行并产出多批高品质再生正极材料。这一成果不仅验证了回收技术的先进性，更标志着再生材料从“可用”迈入了“更优”的全新阶段。
从南京工业大学的一名青涩学子，到国际能源领域的杰出科学家，陈忠伟的科研之路，始终践行着“全链条贯通”的创新理念。
提出闭环创新体系
在1992年高考时，陈忠伟选择了南京工业大学硅酸盐工程专业。“我当时就觉得，材料科学能通过设计物质的内在结构，从根本上解决能源和环境等领域面临的诸多关键挑战。”他回忆道。
“材料科学能从根本上解决能源和环境等领域的诸多关键挑战”这一理念，也成为他今后30余年科研航程的指向标。
在华东理工大学攻读化学工程硕士学位期间，陈忠伟首次接触到电化学。从此，他与电池结下不解之缘。时刻关注产业前沿的陈忠伟在攻读博士学位期间敏锐地意识到，随着新能源汽车和储能产业的迅猛发展，动力电池的回收与资源安全将成为制约行业发展的关键。
“电池是能源的血液，回收就是血液的循环。”提起自己的研究内容，他常这样比喻。2019年，他提出“从源头到回收端的闭环创新体系”，并前瞻性地布局人工智能在电池领域的应用研究，构建电池全链条的研究体系，覆盖电极设计、储能机理和绿色再生全过程。
2022年，陈忠伟加盟大连化物所，担任能源催化与转化全国重点实验室主任。他在大连化物所组建了170余人的研发团队，形成涵盖材料、电池、系统的完整研究链条，同时布局人工智能，用AI赋能研究。
短短两年间，团队成果屡登国际顶级期刊，并服务于国家重点项目，为我国新能源技术的自主创新注入了强劲动力。
开发“一步法”电池回收工艺
如何实现电池价值最大化是陈忠伟一直在思考的问题。
“首先要考虑梯次利用，其次是材料再生。”陈忠伟说。为推动电池梯次利用，他带领团队开发了基于人工智能的电池健康状态快速评估系统。“这套系统能够在短时间内完成电池容量、功率、内阻等关键参数的检测，准确判断电池的剩余价值，为不同状态的退役电池找到最适合的二次应用场景。”他介绍。
在推进电池梯次利用的同时，陈忠伟带领团队创新开发了“一步法”电池回收工艺。
过去，废旧锂离子电池回收通常依赖“溶解—萃取—除杂”三步法，流程复杂、能耗高、污染重。为突破瓶颈，陈忠伟团队提出“选择性浸出+共沉淀”策略，创新提出开发“一步法”电池回收工艺。这一工艺在一个连续反应体系中即可完成浸出、提取与前驱体再生。
对于当时的陈忠伟来说，这是一条从未有人尝试过的道路。
“必须推倒重来，走‘可持续浸出+一步再生’的路子。”经过深思熟虑，陈忠伟将团队分成材料、工艺和应用放大三组开展协同攻关。
攻关并非一帆风顺。起初，团队在电池正极材料再生技术方面取得实验室阶段突破，论文成果备受赞誉。然而，当他们满怀信心地将技术推向公斤级的放大验证时，失败骤然出现。反应规模急剧放大后，热量与物质传递不均，导致产品纯度剧烈波动，批次合格率一度低至惨淡的20%。
面对困局，陈忠伟展现出其独特的“全链条”思维。他并未纠结于在原有技术路线上修修补补，而是果断带领团队“逆向溯源，重构工艺路径”。
“失败不是没有收获，而是排除了一条错路。”每当攻关遇到困难，他总是这样鼓励情绪低落的团队成员。
转机出现在2024年底。当时，团队发现，在无氧环境中，有机醋酸可在常温下快速溶解正极材料，同时精准提取镍、钴、锰，萃取率超过99.8%，对铁、铜等杂质的去除率超过97%。这种有机酸体系成本仅为传统方法的五分之一，且可循环使用5次以上，真正实现低成本、无污染的绿色再生。
陈忠伟立刻带领团队乘胜追击，自主设计出“连续流共沉淀反应器”，实现浸出液与沉淀剂的连续反应，让正极前驱体在反应塔内直接生成。这使得传统125小时的三步流程被压缩至4小时，效率提升数十倍。
更多的惊喜接踵而至。他们将三步法应用于钠电正极材料制备后，制作出的电池获得了更长的寿命与更高的稳定性。“按储能系统每月充放电5次计算，电池能用20年；用于电动车，则能用12年。”陈忠伟说，“这意味着退役锂电正极不仅能再生，还能升级为下一代材料，真正实现‘变废为宝’。”
这项技术让废旧锂离子电池的回收效率超过99%，成本降低近40%，污染水平显著降低。而且再生材料性能与原生材料相当，有些指标甚至表现更优。
在这之后，陈忠伟又带领团队完成了从实验室样品到中试示范的跨越。他说：“科技创新只有嵌进产业链，才算真正落地。”如今，一步法技术已完成了预可研论证，为我国废旧电池的规模化、绿色化回收提供了可复制的路径。
实验室成果在生产线上“开花”
“没有‘桥梁’，实验研究和成果转化就像两座‘孤岛’。”在陈忠伟看来，电池回收不是单一技术问题，而是一项复杂的产业系统工程。他不仅深耕燃料电池、锂电池等下一代电化学能源体系的源头创新，更着力推动实验室成果走向产业化。
为了搭建前沿基础研究与重大工程应用的桥梁，他推动团队建立了涵盖退役电池拆解、正极回收、再生制备、性能验证到再利用的全链条技术体系，并引入生命周期评估与技术经济分析，确保电池回收利用的每一步工作都符合绿色低碳理念。
“论文里的曲线再漂亮，如果不能落地就是纸上谈兵。”陈忠伟常对学生说。因此，在技术的研发阶段，他就主动对接国内龙头新能源企业，“国家需要什么，我们就研究什么”。
在陈忠伟的不懈“浇灌”下，实验室中的“种子”逐渐在生产线上“开花结果”。大连化物所已建成吨级的再生正极材料中试线。“这条中试线运行半年来，已为多家电池企业提供再生材料，反馈都很好。”中试线负责人、大连化物所杨庭舟介绍，某储能企业使用陈忠伟团队研发的再生中镍三元材料后，电池成本降低了32%，循环寿命提升了20%。
陈忠伟并不满足。如今，他和团队正与企业共同规划千吨级示范线，推动形成“科研—示范—产业”联动机制，构建动力电池回收与再生利用平台。已建成的关键材料与技术中试基地、电芯与电池模组中试基地，为核心技术的工程化验证和成果转化提供了坚实支撑。未来，该体系还将扩展至磷酸铁锂、钠离子电池等多类型储能材料，助力我国占据全球循环经济领域的技术制高点。“我们希望让每一块退役电池都有‘第二次生命’。”陈忠伟笑着说。
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