近日，物理學(xué)院吳興隆教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Materials》等國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表廢舊鋰離子電池材料再利用相關(guān)的系列研究論文。鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于快速發(fā)展的電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域，在其被使用至壽命終點(diǎn)而變成廢舊電池時(shí)，進(jìn)行合理的回收與再利用是一個(gè)迫在眉睫的任務(wù)。傳統(tǒng)的回收方法主要依賴(lài)于破壞材料原有結(jié)構(gòu)，從而回收高價(jià)值金屬元素，在處理過(guò)程中往往面臨著經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的限制。因此，優(yōu)先考慮經(jīng)濟(jì)效益和可操作性，才能讓廢舊鋰離子電池材料的直接再生利用更具有開(kāi)發(fā)價(jià)值。然而，電極材料晶體結(jié)構(gòu)降解或坍塌所帶來(lái)的不可逆相變，嚴(yán)重阻礙著回收與再利用效率，是再生進(jìn)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。同時(shí)，不當(dāng)?shù)膬?chǔ)存和處置方式可能導(dǎo)致退役電池材料的進(jìn)一步失效，使回收再生過(guò)程更為復(fù)雜化，其中的結(jié)構(gòu)與缺陷修復(fù)、非活性相組分消除等科學(xué)問(wèn)題也亟待解決。
針對(duì)磷酸鐵鋰（簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)FP）廢舊正極材料回收再生的重點(diǎn)問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)利用配位鏈二乙醇胺（簡(jiǎn)寫(xiě)為DEA）分子在電化學(xué)過(guò)程中與Zn2+和Fe3+相互作用的不同，簡(jiǎn)化廢舊LFP的再生過(guò)程，通過(guò)調(diào)整LFP主結(jié)構(gòu)并提升相變可逆性，以配位作用來(lái)持續(xù)修復(fù)LFP中的失效區(qū)域，將無(wú)法使用的LFP電池修復(fù)再生為長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定的LFP電池。該工作為以綠色和經(jīng)濟(jì)效益為導(dǎo)向的電極材料再生，以及高效簡(jiǎn)化廢舊電池的大規(guī)?；厥招迯?fù)流程提供了重要的指導(dǎo)。該成果以“Dynamic Li+ Capture Through Ligand-Chain Interaction for the Regeneration of Depleted LiFePO4 Cathode”為題，發(fā)表于材料類(lèi)國(guó)際著名期刊Advanced Materials（2024, 36, 2308927）上。成果第一作者為博士生趙欣欣。
圖1 配位鏈動(dòng)態(tài)捕獲Li+再生廢舊LiFePO4正極
團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了一種不同于傳統(tǒng)再生的快速、綠色和低成本的再生工藝來(lái)修復(fù)廢棄的LFP正極。采用高溫超快焙燒工藝，僅需20秒即可獲得顯著再生效果，其晶體結(jié)構(gòu)可完全恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。再生后的LFP，其電化學(xué)性能得到顯著提升。這種既省時(shí)又節(jié)能的再生工藝，契合LFP廢舊材料的實(shí)際修復(fù)中的成效需求，可以為廢舊鋰離子電池正極的快速高效修復(fù)和進(jìn)一步利用提供獨(dú)特的路線(xiàn)。該成果以“Direct and rapid regeneration of spent LiFePO4 cathodes via a high-temperature shock strategy”為題，發(fā)表于工程技術(shù)類(lèi)國(guó)際著名期刊Journal of Power Sources（2023, 587, 233697）上。成果第一作者為博士生鄭碩航。
圖2 高溫?zé)釠_擊實(shí)現(xiàn)廢舊LiFePO4正極材料的高效快速再生
針對(duì)傳統(tǒng)廢舊LFP電池回收工藝經(jīng)濟(jì)性差的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)直接再利用廢舊LFP，從鹵水中提取鋰金屬，并在電化學(xué)過(guò)程中獲得良好的鋰容量和分離性能。該工作為廢舊鋰離子電池回收利用提供有效策略的同時(shí)，也開(kāi)拓了提取鋰元素的新思路（Chinese Chemical Letters, 2023, 34, 107706）?？紤]到可持續(xù)和高經(jīng)濟(jì)效益，將廢舊鋰離子電池的氧化物正極材料直接應(yīng)用于鈉離子電池，從而實(shí)現(xiàn)了廢舊鋰電材料的直接再利用，該回收理念不僅展現(xiàn)出直接再利用的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)策略，還為下一代鈉離子電池的大規(guī)模應(yīng)用提供了“變廢為寶”的原材料（Rare Metals, 2023, 42, 1603–1613）。
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https://doi.org/10.1002/adma.202308927
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233697
https://doi.org/10.1016/j.cclet.2022.07.049
https://doi.org/10.1007/s12598-022-02230-8
