直接回收技术具有经济效益和环境友好性，被认为是下一代废旧锂离子电池回收技术。对于废层状氧化物正极材料，颗粒表面附近不可逆的向岩盐结构的相变阻碍了锂离子的再嵌入，从而阻碍了锂补偿过程完全恢复成分缺陷和修复失效结构。本研究引入了一种过渡金属氢氧化物前驱体，利用其在退火过程中产生的表面催化活性将岩盐结构转化为层状结构，为锂离子提供快速迁移途径。材料修复和合成过程共享相同的加热程序，使废阴极和添加的前驱体经历拓扑转变，形成目标层状氧化物。这种再生材料表现出优于商用阴极的性能，在1.3 Ah的袋状电池中循环1000次后仍能保持其初始容量的88.4%。技术经济分析强调了表面催化修复相对于火法和湿法修复的环境和经济优势，表明其具有实际应用的潜力。
 
  
图1. 直接修复和可控硅的效果。(a)直接修理和SCR工艺示意图。(b)异质结构吸附/解吸O₂、OH ^-和释放ROS的过程示意图。(c)岩盐NiO转化前后锂离子输运路径由封闭到开放的变化过程示意图。(d)两种不同修复方法的锂补给过程有限元模拟。
 
 
图2: 直接修复与SCR工艺的比较。（a,b） SCR和直接修复SNCM的TG和DTG曲线。(c)加热条件下锂盐的转化，由于表面催化作用，非均相结构促进了锂盐的转化（对于SCR初始转化温度低于430℃）。(d)加热过程中记录的•O^{2 -}和•OH自由基的EPR谱 (e)超氧自由基和羟基自由基的含量。(f)两个直接回收过程关键步骤的自由能。(g)不同温度下RDS能垒。(h) SCR过程不同阶段样品的非原位o1s XPS光谱。(i) SCR过程的原位x射线衍射（XRD）图。(j)异质结构催化表面岩盐相去除活性氧示意图。(k) SCR过程的原位SEM图像 
 
 
图3. SNCM的表面重建。(a) SNCM、NCM-DR和NCM-SCR的XRD数据的Rietveld细化。
（b,c） SNCM和NCM-SCR的HRTEM图像和相应的FFT图像。(d) SNCM、NCM-DR和NCM-SCR的Ni 2p的XPS光谱。(e) SNCM、NCM-DR和NCM-SCR材料的组成、结构和元素价的关键参数比较。(f) DR和SCR工艺对材料结构的修复作用示意图。
 
 
图4. SNCM、NCM-DR、NCM-SCR和CNCM的电化学性能。(a)半电池试验中的恒流充放电曲线。(b)能力恢复效果比较。(c)四种材料在0.5 c时的循环性能。(d)四种材料的速率性能比较。(e)扫描速率为0.1 mV/s时四种材料的第一循环伏安曲线。(f)峰值电流密度随扫描速率平方根的函数图。(g) NCM-DR和NCM-SCR的电化学性能参数比较。(h)两种修复方法的电化学性能影响机理示意图。
 
 
图5.应用性能及技术经济分析。(a) NCM-SCR//Gr袋状电池的循环性能。(b)与报道的基于再生层状正极材料的全电池容量损失比的比较。(c)无人机由再生NCM523制成的袋状细胞驱动。(d)比较不同回收过程的利润。(e)比较不同回收过程的能源消耗、水消耗和温室气体排放。
 
       相关研究成果由清华大学深圳国际研究生院 Bo Li 、Guangmin Zhou和深圳先进技术研究院Hui-Ming Chen等人2024年发表在Journal of the American Chemical Society (链接: https://doi.org/10.1021/jacs.4c10107)上。原文：Surface Catalytic Repair for the Efficient Regeneration of Spent Layered Oxide Cathodes

转自《石墨烯研究》公众号