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?清華深研院Nature子刊：混合廢正極的可持續(xù)性升級回收制備高壓聚陰離子正極材料

可持續(xù)的電池回收是實現(xiàn)資源節(jié)約和緩解環(huán)境問題的關鍵。許多關鍵金屬回收或直接回收的開/閉環(huán)策略都是針對單一組件的，因此混合正極材料的再利用是一個重大挑戰(zhàn)。

在此，清華大學深圳國際研究生院成會明、周光敏、王俊雄等人提出了一種通過結構設計和過渡金屬替代方法對廢LiFePO₄和富錳正極進行升級回收的策略，即使用綠色深共晶溶劑再生高壓聚陰離子正極材料。

該工藝確保了混合正極中所有元素的完全回收，同時深共晶溶劑可以重復使用。與商用LiFePO₄ (3.38 V和524 Wh/kg)相比，再生LiFe_0.5Mn_0.5PO₄的平均電壓(與Li/ Li⁺相比為3.68 V)和能量密度(559 Wh/kg)均有所提高。此外，所提出的升級回收策略可以擴展到克級規(guī)模，也適用于LiFe_0.5Mn_0.5PO₄的回收，從而實現(xiàn)混合廢正極和下一代正極材料之間的閉環(huán)回收。

圖1. R-F5M5的平均結構信息、微觀結構表征及元素分布

總之，該工作報告了一種回收混合廢正極材料的可持續(xù)升級再循環(huán)方法，該方法可將廢正極材料轉化為能量密度更高的高壓聚陰離子正極。研究顯示，可回收DES的使用符合循環(huán)經(jīng)濟原則，確保了所有元素的有效回收。R-LFMP是一種Fe/Mn元素分布均勻的固體溶液，既增強了結構穩(wěn)定性，又提高了導電性。

詳細的技術經(jīng)濟評估表明，與其他回收技術相比，這種升級再循環(huán)策略在經(jīng)濟和環(huán)境效益方面具有潛在優(yōu)勢。因此，該工作為混合廢正極材料的回收提供了另一條簡單途徑，從而為實用LIBs提供了新一代磷酸鹽正極材料。

圖2. 不同電池回收技術的比較和技術經(jīng)濟分析

Sustainable upcycling of mixed spent cathodes to a high-voltage polyanionic cathode material, Nature Communications 2024 DOI: 10.1038/s41467-024-48181-9

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