全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)正在加速向低碳交通未來(lái)的轉(zhuǎn)型。然而，這種轉(zhuǎn)變的可持續(xù)性在很大程度上取決于廢物的管理，包括存在鋰 (Li) 和鈷 (Co) 等戰(zhàn)略元素的報(bào)廢電池。

不同于現(xiàn)有的涉及大量能源投入和使用危險(xiǎn)化學(xué)品的火法和濕法冶金回收方法。在此，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院成會(huì)明院士、清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院周光敏教授、上海交通大學(xué)梁正教授等人展示了一種可行的一步工藝，它不僅可以從廢鋰離子電池中回收鋰鈷氧化物 (LiCoO₂)，還可以對(duì)其進(jìn)行升級(jí)到具有增強(qiáng)的電化學(xué)性能的正極。

回收過(guò)程基于廢LiCoO₂與添加的Al₂O₃、MgO和 Li₂CO₃ 混合物之間的直接反應(yīng)，在此過(guò)程中Li層中的Li損失促進(jìn)了Mg和Al的擴(kuò)散，在4.6V下大部分Li被脫嵌時(shí)支持了層狀結(jié)構(gòu)，因此由于降解LCO的特殊結(jié)構(gòu)，更容易在Li位摻雜Mg和Al，并且再生LCO具有比摻雜商用LCO的高壓LCO更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)性能。

圖1. 再生的LCO的電化學(xué)性能

研究表明，再生的高壓LCO顯示出較高的初始容量（在0.1C時(shí)為220.4 mAh g^-1）和堅(jiān)固的分層結(jié)構(gòu)，當(dāng)Mg和Al在Co層之間的Li位點(diǎn)有足夠的補(bǔ)償性Li的最佳濃度。進(jìn)一步的電化學(xué)測(cè)量顯示，它在4.6V的電壓下有很好的循環(huán)穩(wěn)定性（300次循環(huán)后保持率為79.7%），這比商業(yè)LCO正極更好。

這種回收策略可以將報(bào)廢的LCO轉(zhuǎn)化為高性能的高壓LCO，用于未來(lái)的應(yīng)用場(chǎng)景，賦予報(bào)廢材料新的生命和更高的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)LCO的可持續(xù)利用，這對(duì)促進(jìn)電池制造工藝的可持續(xù)性電極極為重要。同時(shí)該策略可以被用于回收其他類型的正極材料從而產(chǎn)生具有不同功能和高價(jià)值的再生材料。

圖2. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

Sustainable upcycling of spent LiCoO2 to an ultra-stable battery cathode at high voltage,?Nature Sustainability 2023 DOI: 10.1038/s41893-023-01094-9