9月15日消息,据 AZoM 报道,美国西北大学研究团队在 ChemRxiv 预印本平台发表论文,提出一种基于 Birch 还原化学(溶剂化电子化学)的快速补锂方法,可在室温下数十秒内完成退役锂离子电池 NMC532 正极的直接再锂化,为电池正极材料的低成本直接回收提供了新思路。
该研究以化学脱锂的 NMC532(锂镍锰钴氧化物)粉末作为退役正极模型材料。工艺上,研究人员在无水无氧条件下将无水氨在-78°C冷凝,与锂金属球反应制备深蓝色的溶剂化电子浓溶液,随后在氩气手套箱中与失效正极粉混合手工搅拌数十秒,即可同步完成锂离子补充与氧化态过渡金属的还原;氨挥发后直接得到干燥粉体,无需洗涤分离,最后在850°C纯氧气氛下退火3小时修复近表面晶体结构。
电化学测试显示,再生正极在4.3V截止电压下首次放电比容量达159.49mAh/g,100圈循环后容量保持率94.10%,而同等条件下的 pristine 商品材料仅为82.98%。ICP-OES 表明再生粉体锂含量与商品材料几乎一致且无过渡金属流失;XRD 与 HRTEM/XPS 证实体相层状结构与近表面结构均得到修复,Li-Ni 混排维持在4.5-4.7%未见升高。
行业背景方面,随着电动汽车报废潮临近——退役动力电池规模预计2030年超过300GWh、电池废弃物以年均18.8%的速度增长,火法与湿法冶金等传统回收路线能耗高、化学试剂消耗大且易造成锂损失。直接回收路线保留正极活性材料的晶体结构,理论上可显著降低能耗与再制造成本,是当前电池循环经济的技术热点。作者也指出,该工艺仍需在真实退役电池材料上验证,溶剂回收、能耗与成本的规模化评估尚待完成,且四位发明人已就相关技术提交美国专利申请。
(来源:AZoM)