锂离子电池废阴极回收与更新方法的改进

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员改进了回收过程，利用废锂离子电池再生退化的阴极。新工艺更安全，在将阴极恢复到原来的容量和循环性能方面比以前的方法消耗更少的能量。

郑晨（音译），加州大学圣地亚哥分校可持续能源和能源中心的纳米工程教授，领导了这个项目。这项工作发表在《先进能源材料》上。

“由于电动汽车市场的快速增长，未来五年全球锂离子电池的生产能力预计将达到每年数百千兆瓦时，”陈说。“这项工作提出了一种解决方案，可以在运行5至10年后回收使用寿命终止的锂离子电池的价值。”

陈的团队以前开发了一种直接回收方法来回收和再生退化的阴极。它补充了锂离子，这些锂离子由于长期使用而丢失，并使它们的原子结构恢复到原来的状态。然而，这个过程涉及到将阴极粒子的热锂盐溶液加压到大约10个大气压。陈说，问题在于，这一加压步骤会增加成本，并需要额外的安全预防措施和专用设备。

，因此团队开发了一个更温和的过程，在环境压力（1个大气）下完成相同的工作。关键是使用共晶锂盐——一种由两种或两种以上的盐组成的混合物，其熔化温度远低于其任何一种成分。这种固态锂盐的组合产生了一种无溶剂的液体，研究人员可以使用它来溶解降解的阴极材料，并在不增加反应器中任何额外压力的情况下还原锂离子。

说明在环境压力下使用共晶熔盐将锂离子还原为降解的NMC阴极的过程。图片由先进能源材料/陈实验室提供

这种新的回收方法包括从废锂离子电池中收集阴极颗粒，然后将其与共晶锂盐溶液混合。然后将混合物分两个步骤进行热处理：首先将其加热到300 C，然后进行短退火过程，在此过程中将混合物加热到850 C数小时，然后自然冷却。

研究人员使用这种方法来再生NMC（Lini0.5Mn0.3Co0.2），这是一种常用的阴极，含有镍、锰和钴，目前许多电动汽车都使用这种阴极。

“我们从再生的粒子中制造出新的阴极，然后在实验室的电池中进行测试。再生的阴极显示出与原始阴极相同的容量和循环性能，”杨石说，他是加州大学圣地亚哥分校陈的实验室的博士后研究员。

在使用寿命终止的锂离子电池中，负极材料会失去一些锂。阴极的晶体结构也发生了变化，使得它不太可能移动离子进出。我们开发的回收过程将阴极的锂浓度和晶体结构恢复到原来的状态。

该小组正在对这一过程进行调整，以便它可以用于回收锂离子和钠离子电池中使用的任何类型的阴极材料。

陈说：“我们的目标是使这一过程成为所有阴极材料的通用回收过程。”该小组还致力于回收降解阳极，如石墨以及其他材料。

Chen还与加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授Shirley Meng（可持续能源与能源中心主任）合作，使用高分辨率显微成像工具识别阴极微观结构和局部成分的细微变化。