图1：常温常压下直接修复过程的机制。

废旧锂电池的直接修复是实现“双碳战略”和可持续发展的必由之路。然而，大多数现有的直接修复方法在锂化过程中需要加热或加压来克服热力学障碍，从而实现补锂。虽然这些施加的温度或压力显著低于传统的电池回收方法所需，但也在一定程度上限制了其进一步的发展。

图2：修复过程中的结构重构。

图3：有机锂化合物的表征。

清华大学深圳国际研究生院周光敏副教授，上海交通大学变革性分子前沿科学中心梁正副教授和中国科学院深圳先进技术研究院成会明院士探索了一种在温和条件下通过简单的固液混合来实现自发锂化的策略。其中，自吸附的戊氧基锂降低了锂化反应的热力学能垒，它可以在没有外部驱动力的情况下自发地吸附在降解的正极颗粒表面。这种策略可以直接修复来自实验室的10 Ah级软包的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂，以及工业拆卸的LiNi_0.5Co0.2Mn_0.3O₂失效正极粉末。结果显示，以再生的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂为正极材料组装的1 Ah软包电池在500次循环后的容量保持率为80.5%。与传统的火法和湿法冶金策略相比，本方法具有很大的经济优势，技术经济分析证明，其环境效益大幅提升且显著减少了CO₂排放。这项工作为温和条件下直接修复废电池正极材料提供了一种可行的方法，提高了电池行业的可持续性和循环性。

图4：使用再生正极材料组装的全电池的性能。

图5：该技术的经济性分析和可持续性。

相关研究成果以“Direct Recycling of Spent Cathode Material at Ambient Conditions via Spontaneous Lithiation”为题发表于期刊Nature Sustainability上。

文章信息

Junxiong Wang#, Haocheng Ji#, Junfeng Li#, Zheng Liang*, Wen Chen, Yanfei Zhu, Guanjun Ji, Ruyu Shi, Guangmin Zhou*, Hui-Ming Cheng*, Direct Recycling of Spent Cathode Material at Ambient Conditions via Spontaneous Lithiation. Nat. Sustain. 10.1038/s41893-024-01412-9 (2024).

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41893-024-01412-9

第一作者：王俊雄、季昊铖、李俊峰

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