移动电子设备的广泛普及在不远的将来势必会带来大量的退役电池。这些退役电池既是污染物，也是宝贵的资源，其正极材料以钴酸锂为主。电池的封闭结构意味着其活性组分只是失效，并没有流失。因此只要对退役电池的失效活性材料进行直接修复，理论上是可以实现电池器件层面的复用，缩短了回收路径。目前团队已经成功开发了一系列针对失效钴酸锂的直接修复技术，但修复再生后的钴酸锂性能至多与商业钴酸锂持平，导致再生料的商业吸引力十分有限。

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，利用失效钴酸锂本身的结构缺陷，降低掺杂元素的扩散能垒，促进关键元素的精准掺杂，对结构进行了显著增强，实现了失效钴酸锂向高电压再生钴酸锂的直接转变。修复再生后的钴酸锂在4.6 V截止电压下循环300圈，容量保持率仍可达80%，且再生钴酸锂的性能远优于基于商业钴酸锂掺杂得到的结果，更远远优于商业钴酸锂。这种“Upcycling”向上循环的策略，使得修复再生的正极材料具备比商业正极材料更优异的性能，实现了再生料的价值链攀升。打破了人们对于回收循环梯次向下的固有认知。

相关研究成果以“Sustainable Upcycling of Spent LiCoO2 to an Ultra-Stable Battery Cathode at High Voltage”为题发表在Nat. Sustain. （自然·可持续发展）上，第一作者为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、上海交通大学变革性分子前沿科学中心博士研究生贾凯、清华大学深圳国际研究生院硕士研究生马骏。

图1：失效钴酸锂正极材料的“Upcycling”向上循环策略

图2：修复再生钴酸锂的电池性能

图3：失效钴酸锂“Upcycling”向上循环的实现机制

图4：失效钴酸锂直接修复技术的经济性分析

文章信息

Junxiong Wang#, Kai Jia#, Jun Ma#, Zheng Liang*, Zhaofeng Zhuang, Yun Zhao, Baohua Li, Guangmin Zhou*, and Hui-Ming Cheng*, Sustainable Upcycling of Spent LiCoO2 to an Ultra-Stable Battery Cathode at High Voltage. Nat. Sustain. (2023).

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41893-023-01094-9

第一作者：王俊雄、贾凯、马骏

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碳中和技术研究所、中国科学院金属研究所