火法冶金技術(shù)通常用作預(yù)處理以提高濕法冶金過(guò)程中從廢舊鋰離子電池中回收有價(jià)金屬的浸出效率。然而，傳統(tǒng)的火法冶金工藝非常耗能和耗時(shí)。

在此，江蘇師范大學(xué)楊舜教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種碳熱沖擊（CTS）方法，該方法具有均勻的溫度分布，高加熱和冷卻速率，高溫和超快的反應(yīng)時(shí)間，可用于還原LiNi_0.3Co_0.2Mn_0.5O₂（NCM325）正極材料。

具體而言，采用CTS還原正極材料，進(jìn)行了鋰的水選擇性浸出和有價(jià)過(guò)渡金屬的稀酸浸出。從18650型鋰離子電池中回收NCM325正極材料，根據(jù)鋰離子電池的相變化和浸出效率，確定了CTS中最佳輸入?yún)?shù)(電流200 A，時(shí)間20 s)。

即在最佳浸出條件下，Li的水浸效率為90.78%，再用稀酸(0.5 M H₂SO₄)浸出Ni、Co和Mn，浸出效率分別為99.05%、99.13%和98.09%。

基于SEM、XPS、SAED和Raman分析，作者還提出了NCM325經(jīng)CTS處理后分解還原為L(zhǎng)i₂O、Co、Ni和MnO_0.5Li₂O出現(xiàn)在焙燒產(chǎn)物表面，有利于進(jìn)一步的水浸。

圖1. CTS工藝示意圖

此外，批量實(shí)驗(yàn)表明CTS還原策略適用于各種廢正極材料，包括NCM111、NCM523、NCM622、NCM811、LiCoO₂和LiMn₂O₄。

本文還討論了該系統(tǒng)的低電耗和潛在的規(guī)模應(yīng)用前景，CTS工藝具有低能耗和潛在的規(guī)模應(yīng)用，為回收廢舊鋰離子電池提供了一種高效環(huán)保的方法。

圖2. CTS工藝各工段產(chǎn)物的拉曼分析及Li₂O形成示意圖

Recycling Valuable Metals from Spent Lithium-Ion Batteries Using Carbothermal Shock Method ，Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202300074