全球電動汽車市場的持續(xù)增長正在加速向低碳交通未來的轉(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)略元素的報廢電池。

不同于現(xiàn)有的涉及大量能源投入和使用危險化學品的火法和濕法冶金回收方法。在此，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院成會明院士、清華大學深圳國際研究生院周光敏教授、上海交通大學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)，還可以對其進行升級到具有增強的電化學性能的正極。

回收過程基于廢LiCoO₂與添加的Al₂O₃、MgO和 Li₂CO₃ 混合物之間的直接反應(yīng)，在此過程中Li層中的Li損失促進了Mg和Al的擴散，在4.6V下大部分Li被脫嵌時支持了層狀結(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時為220.4 mAh g^-1）和堅固的分層結(jié)構(gòu)，當Mg和Al在Co層之間的Li位點有足夠的補償性Li的最佳濃度。進一步的電化學測量顯示，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廢的LCO轉(zhuǎn)化為高性能的高壓LCO，用于未來的應(yīng)用場景，賦予報廢材料新的生命和更高的價值，實現(xiàn)LCO的可持續(xù)利用，這對促進電池制造工藝的可持續(xù)性電極極為重要。同時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值的再生材料。

圖2. 技術(shù)經(jīng)濟分析

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