技术的进步导致了能源消耗的急剧增加和过度开发，因此迫切需要可持续的能源及其存储技术。这一需求使得锂离子电池（LIBs）的使用量显著增加，特别是在电动汽车（EVs）中，因为它们具有高能量密度、无记忆效应和低自放电率等优势（Shen和Zhang，2025）。全球对“碳中和”的推进推动了EV市场的指数级增长，预计到2048年将达到9亿辆（Yang等人，2024）。然而，LIBs的典型寿命仅为8~10年（Shen等人，2025b；Xu等人，2023），这意味着这种扩展将很快产生大量的废旧LIBs。这一即将到来的废物流带来了两个主要挑战：来自有害成分（如Ni、Co和LiPF₆）的环境风险（Fan等人，2020；Harper等人，2019；Mrozik等人，2021），以及宝贵金属（尤其是锂，占5~7 wt%）的流失（Huang等人，2021）。因此，高效回收废旧LIBs对于保障战略性金属供应链和防止污染至关重要。
目前，从废旧LIBs中回收锂的主要方法包括火法冶金（Pyro）和水法冶金（Hydro）。在Pyro过程中，锂与熔渣混合，使其后续纯化变得复杂（Li等人，2023；Zhong等人，2024）。Hydro虽然高效，但其固有的锂选择性缺乏、多步骤复杂性和大量废水产生也带来了二次污染的风险（Li等人，2024；Wang等人，2024）。总体而言，Pyro和Hydro主要将锂回收视为最后一步，即“锂最后提取”技术，导致锂的提取效率较低。为了提高锂的回收效率，结合热还原和水浸的先进“锂优先提取”技术引起了研究人员的广泛关注（Makuza等人，2021；Tang等人，2025；Zhou等人，2021）。该方法包括用还原剂烘焙废旧LIBs，锂转化为水溶性锂盐，而过渡金属形成不溶于水的物质；锂可以通过简单的水浸步骤选择性地提取出来。迄今为止，已经研究了多种还原剂用于回收废旧LIBs，包括气体（Pinegar等人，2021）、金属（Su等人，2024；Wang等人，2019）、盐（He等人，2024；Yu等人，2024）和碳基还原剂（Qiu等人，2023；Zhang等人，2023；Zheng等人，2023）。然而，金属或盐类还原剂可能会引入杂质（例如Zn²⁺、Na⁺、SO₄²⁺）到系统中，增加后续处理的成本。相比之下，碳基还原剂，尤其是生物质还原剂，受到研究人员的青睐，因为它们价格低廉、来源广泛且不含杂质。研究表明，碳基还原剂（生物质）的热解会产生还原气体和生物炭，有效促进正极材料的分解（Lin等人，2022；Zhou等人，2024a）；此外，过渡金属可作为热解气体的有效催化剂（Zhou等人，2024b）。然而，碳基还原技术虽然在降低温度和还原剂使用方面有效，但往往依赖于昂贵的惰性气氛（例如N₂、Ar），增加了成本和操作复杂性，从而限制了工业化的规模。此外，生物质衍生的生物炭容易包裹Li₂CO₃，降低了其浸出效率，通常需要球磨来改善这一情况（Wang等人，2025）。研究表明，在生物质氧化热解过程中控制氧气的引入可以增加气体产量（特别是CO），同时显著提高所得生物炭的比表面积和孔隙率（Gao等人，2025；Saadon等人，2026）。这种方法可能有助于在温和的热条件下降解正极材料，并减少Li₂CO₃的包裹。然而，迄今为止，尚未探索通过生物质氧化热解在废旧LIBs回收中的应用。
在这里，我们提出利用广泛可用且成本低廉的碳基还原剂——淀粉，在受控空气气氛下从废旧三元正极材料（SNCM）中选择性提取锂。该系统评估了关键工艺参数对锂回收选择性的影响，以优化回收效率。通过多种表征技术阐明了淀粉与SNCM之间的反应机制。实验结果证实，在空气中用淀粉热处理SNCM可将锂转化为水溶性的Li₂CO₃，同时将其他金属成分转化为不溶于水的形式，如金属Ni和Co以及二氧化锰（MnO）。此外，我们揭示了受控空气气氛调节在这种还原途径中的关键作用。最后，通过EverBatt 2023模型进行的全面技术经济和环境评估表明，这种策略具有显著的经济和环境优势，为传统回收方法提供了一种有前景的替代方案。
