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周光敏/梁正EnSM：將廢舊LiCoO2直接綠色轉(zhuǎn)化為高性能LiCoO2正極

鈷酸鋰（LiCoO₂）是最廣泛用于智能手機(jī)和筆記本電腦電池的正極材料。隨著便攜式電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，每年產(chǎn)生超過10萬噸的廢鋰離子電池（LIBs）。傳統(tǒng)的電池回收工藝包括火法冶金和濕法冶金工藝，主要目的是從廢LIBs正極中提取有價(jià)值的金屬成分，這需要高溫還原和/或酸/堿化學(xué)品來破壞正極中的共價(jià)鍵并將其轉(zhuǎn)化為原子以進(jìn)一步提取。前者能耗高，后者產(chǎn)生大量廢水，不僅會(huì)增加成本，而且會(huì)破壞環(huán)境。此外，傳統(tǒng)的回收從廢電池正極開始，以鋰/鈷鹽告終，這是不可持續(xù)的。

清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院周光敏、上海交通大學(xué)梁正等提出了一種不同的回收策略，即將降解的LiCoO₂直接轉(zhuǎn)化為高壓LiCoO₂正極材料，具有閉環(huán)和綠色過程。

在硫酸銨的幫助下，LiCoO₂的分解溫度降至400℃以下。廢LiCoO₂正極在低溫焙燒后轉(zhuǎn)化為可溶性組分，然后在水中浸出并通過添加廉價(jià)的碳酸鈉進(jìn)行分離。鋰組分最終通過選擇性蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i₂CO₃，鈷組分以Co₃O₄形式提取，然后用于合成高壓LiCoO₂。

鋰和鈷的回收率分別達(dá)到91.3%和93.5%，并且由于使用低成本試劑和水作為浸出劑，回收過程的潛在收益估計(jì)達(dá)到6.94美元/公斤電池。

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圖1. 回收過程示意圖及此方法的估計(jì)成本、產(chǎn)品價(jià)值和潛在利潤(rùn)

此外，來自廢正極直接轉(zhuǎn)化的LiCoO₂在4.5 V下也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能，100次循環(huán)后容量保持率高達(dá)97.4%，甚至優(yōu)于原始LiCoO₂。

綜上所述，將廢正極直接轉(zhuǎn)化為回收效率高、能耗低、不產(chǎn)生廢水、無腐蝕性且試劑價(jià)格低廉的高性能LiCoO₂，為鋰離子電池的回收利用開辟了新的方向。

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圖2. 回收LiCoO₂的電化學(xué)性能

Direct Conversion of Degraded LiCoO2 Cathode Materials into High-Performance LiCoO2: A Closed-Loop Green Recycling Strategy for Spent Lithium-Ion Batteries. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.013

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