中科院&国科大《EES》：实现废锂离子正极材料的绿色回收！

锂离子电池（LIB）是一种可持续的清洁能源，可以大大缓解有关能源危机和环境问题的担忧。在过去的几年中，LIB的快速发展已使得电动汽车（EV）的大发展。通常，由于电池内部的老化，目前的LIB的使用寿命约为8–10年。在第一批已淘汰的电动汽车中，用完的LIB的回收同时面临着巨大的机遇和挑战。这些用完的LIB具有巨大的经济价值和潜在的环境危害。因此，必须为废旧的LIB开发合理的处置方法，以继续为LIB的制造部门提供服务并减少环境污染。基于对环境的关注和对资源的再利用的渴望，废锂离子电池的回收近来已成为一个关键问题。在现有的回收策略中，从经济和环境的角度来看，直接再生策略是目前大力提倡的。然而，当前用于将活性正极材料与铝箔分离的方法对于直接再生策略而言还存在一些限制，因为它们要么破坏正极的结构，要么使用太多有毒且昂贵的试剂。

来自中科院及国科大的科研人员对LiNi1-x-yCoxMnyO2降解电极的微观结构演变进行了全面研究，然后提出了一种有针对性的方法，可基于增加的残留锂化合物从而回收废正极材料。与现有的预处理策略相比，该分离过程不涉及其他试剂、水、有毒有机溶剂、复杂的过程以及废物处理。此外，分离的正极适合于直接再生。通过简单的烧结就可以实现的正极容量的恢复。这种回收过程可为废正极实现可持续的闭环，并为LIB回收的设计提供新的灵感。相关论文以题为Increased residual lithium compounds guided design for green recycling of spent lithium-ion cathodes发表在Energy & Environmental Science。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d0ee03914d

图1.降解正极的表征和演示

图2.分离过程和结果示意图。

图3.表征水对正极材料的影响。

图4.NCM材料的形态，组成和结构表征。

图5.NCM材料的电化学性能。

在这项研究中，全面分析了循环、分离和再生后基于NCM的正极的特性和演变。证实了由于长时间循环而导致的残留锂化合物的增加，以及PVDF的溶胀和集电器的腐蚀导致了界面处粘合力下降。在颗粒表面残留锂化合物增加的指导下，设计了一种极其简单但有效且环保的方法，以成功地将正极材料与铝箔分离。通过这种良性方法，无需使用有机溶剂，并且不会发生二次污染。

电化学性能表明，再生材料在循环和速率性能方面与原始材料相当，并且在100次循环后仍保持94.5％的容量保持率，在1C循环后具有出色的容量恢复能力。与现有的回收策略相比，本工作中的水分离工艺具有替代有毒有机溶剂分离的巨大潜力，并且可以实现废NCM的可持续再生。此外，对于所有具有碱性表面的正极材料，水分离过程是方便且可扩展的。本文所述的有效方法将为废电池的回收中的后续工业火法冶金或湿法冶金工艺奠定坚实的基础。（文：SSC）