清華新聞網(wǎng)9月25日電 隨著失效鋰離子電池與日俱增，其回收日益成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。鋰電材料的濕法和火法回收在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益上依然有較大提升空間，因此直接回收作為一種革命性的回收方法體系被提出。現(xiàn)有直接回收方法依賴加熱、加壓等過程實(shí)現(xiàn)鋰化修復(fù)，很大程度阻礙了直接回收的規(guī)模應(yīng)用。
近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院周光敏團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員、深圳理工大學(xué)講席教授成會明院士團(tuán)隊(duì)和上海交通大學(xué)梁正團(tuán)隊(duì)合作，在前期電池材料直接回收研究的基礎(chǔ)上，提出從根源上降低修復(fù)反應(yīng)熱力學(xué)障礙，從而減少修復(fù)過程對外源驅(qū)動力的依賴，實(shí)現(xiàn)常溫常壓下的直接鋰化。
團(tuán)隊(duì)結(jié)合前期大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算分析，開展了反應(yīng)中間體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)并合成出戊醇鋰分子，該分子對失效三元材料表面具有高親和性，從根源上降低了修復(fù)反應(yīng)熱力學(xué)障礙，從而在常溫常壓下，無需任何外加驅(qū)動力（加熱、加壓等），經(jīng)過簡單的固液反應(yīng)即可實(shí)現(xiàn)對失效三元材料的均勻鋰化，隨后進(jìn)行快速熱處理，即可完成失效材料的物相重構(gòu)與性能恢復(fù)。
該方法在實(shí)驗(yàn)室拆解的電池材料以及實(shí)際電池廠拆解的正極廢料上均得到了有效性驗(yàn)證，所得公斤級修復(fù)材料的容量與循環(huán)性能在已有報(bào)道的修復(fù)材料中處于最佳水平，并與同類全新商業(yè)材料的性能水平相當(dāng)。
圖1.自發(fā)鋰化修復(fù)過程中材料的結(jié)構(gòu)變化
由于設(shè)計(jì)原理上的突破，該方法只需要兩個(gè)關(guān)鍵步驟即可完成修復(fù)，相比于傳統(tǒng)的回收方法以及現(xiàn)有的直接回收方法，具有流程上的便利性、低成本、低排放、高效率等一系列優(yōu)勢。所得公斤級產(chǎn)物性能與價(jià)值較高，使回收方法整體的經(jīng)濟(jì)性大幅提升。本方法將失效電極材料直接修復(fù)的規(guī)模化向前推進(jìn)了一步，有望獲得實(shí)際應(yīng)用。
圖2.修復(fù)方法的應(yīng)用與材料性能
近日，相關(guān)工作以“利用自發(fā)鋰化實(shí)現(xiàn)常溫常壓的廢正極材料直接回收”（Direct recycling of spent cathode material at ambient conditions via spontaneous lithiation）為題，發(fā)表在《自然·可持續(xù)性》（Nature Sustainability）雜志上。
成會明、周光敏、梁正為該論文的通訊作者；上海交通大學(xué)助理研究員王俊雄，清華大學(xué)深圳國際研究生院2023級博士研究生季昊鋮、2023級博士后李俊峰為論文共同第一作者。研究得到國家自然科學(xué)基金委、科技部、廣東省科技廳、深圳市科創(chuàng)委等部門的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41893-024-01412-9
供稿：深圳國際研究生院
題圖設(shè)計(jì)：趙存存
編輯：李華山
審核：郭玲
