磷酸铁锂正极材料（LiFePO4，LFP）长期循环后锂的损失是其容量衰减的主要原因，同时会导致晶体结构中形成Fe(Ⅲ)相和部分Li-Fe反位缺陷。然而，传统的无机锂盐（如碳酸锂，氢氧化锂，硫酸锂等）固相烧结再生方法只能解决单一的锂缺失问题，无法同步实现铁价态还原、表面包碳层修复等多种效果，因此修复效果严重受限。针对上述问题，上海交通大学变革性分子前沿科学中心梁正与中国科学院深圳先进技术研究院成会明院士、清华大学深圳国际研究生院周光敏副教授合作，提出了一种有机锂盐（3,4-二羟基苯腈二锂，Li2DHBN）直接修复失效LFP正极的新方法。有机锂盐表面丰富官能团（如-CN，-OLi）可以和失效LFP颗粒有效地耦合，且有机锂盐在较低温度下分解为无定形碳和碳酸锂，在较高温度下进一步分解为氧化锂，即达到“低温包碳+高温补锂”的双重效果。同时，具有还原性的氰基官能团在还原三价铁的过程中起到关键作用。实验结果表明，得益于锂的有效补充、三价铁的还原和电子导电性的提升，修复后的LFP正极具有优异的循环稳定性和倍率性能，在5C下循环400次后容量保持率为88%。此外，这种策略也适用于直接修复过渡金属氧化物层状正极材料，从而证实了该有机锂盐的通用性。更加重要的是，技术经济性分析表明，相比于传统的火法和湿法过程，本工作提出的策略具有更高的经济价值和更大的环境效益，这为我们未来探索更多不同锂源，用于直接修复失效锂离子电池正极材料提供了独特的思路。 

图1：磷酸铁锂正极材料的失效机制和再生过程

图2：使用Li2DHBN对失效磷酸铁锂的修复再生机制分析

       相关研究成果以“Direct regeneration of degraded lithium-ion battery cathodes with a multifunctional organic lithium salt”为题发表在Nat. Commun.（自然·通讯）上，第一作者为上海交通大学变革性分子前沿科学中心-清华大学深圳国际研究生院联合培养博士研究生季冠军（梁正课题组）、上海交通大学变革性分子前沿科学中心助理研究员王俊雄（梁正课题组）。 

文章信息

Guanjun Ji#, Junxiong Wang#, Zheng Liang*, Kai Jia, Jun Ma, Zhaofeng Zhuang, Guangmin Zhou*, and Hui-Ming Cheng*, Direct regeneration of degraded lithium-ion battery cathodes with a multifunctional organic lithium salt. Nat. Commun. 14, 584 (2023). 

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-36197-6

第一作者：季冠军、王俊雄 

通讯作者：成会明、周光敏、梁正

通讯单位：清华大学深圳国际研究生院、上海交通大学变革性分子前沿科学中心、中国科学院深圳先进技术研究院、中国科学院金属研究所