富镍阴极在互易三元熔盐体系中的直接循环利用研究

富镍阴极在互易三元熔盐体系中的直接循环利用研究

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【论文链接】

【作者单位】

美国橡树岭国家实验室；田纳西大学先进材料与制造研究所；美国阿贡国家实验室

抽象的

锂离子电池 (LIB) 彻底改变了便携式电子产品和电动汽车 (EV)，但越来越多的报废 (EOL) 电池带来了环境挑战。回收 EOL LIB 中的高价值阴极可以最大限度地减少浪费并减少开采关键矿物的需求。

研究了在“互易三元熔盐 (RTMS)”系统中直接回收富镍阴极，特别是锂锰钴氧化物 (NMC) 622。RTMS 系统中的离子热再硫化成功恢复了 NMC 622 阴极的层状结构、锂含量和电化学性能，与原始材料相当。成本分析表明，通过离子热再锂化再生阴极比原始生产或传统回收方法更经济。

【实验方法】

离子热再锂化程序：

RTMS 的制备方法是将 LiCl:NaNO3:NaOH:NaCl 按质量比 0.9:1.7:0.2:1.6 放在玛瑙研钵中混合。为了合成 Re-NMC-2，将 2.0 g RMTS 与 1.0 g EoL-NMC 放在玛瑙研钵中手工研磨混合。将混合物在 200 ℃ 的烘箱中干燥 2 h。然后，将混合物在空气氛围中以 5 ℃/min 的升温速率加热至 750 ℃，并在马弗炉中维持 5 h。自然冷却至 20 ℃ 后，用真空抽滤用水洗去混合物中的盐，收集尾料用于锂提取实验。将黑色固体在真空烘箱中在 110 ℃ 下干燥 2 h，然后以 5 ℃/min 的升温速率在空气中加热至 600 ℃，维持 2 h，即得最终产物 Re-NMC-2。 在相同条件下，通过相应改变RTMS与EoL-NMC的质量比，合成了其他Re-NMC-x产品。

锂提取程序：

95% Al(OH)3 从 购买，无需进一步纯化即可使用。将 0.3 g Al(OH)3 与 40 mL RTMS 尾流在带有聚四氟乙烯内衬高压釜（50% 填充率）的热液反应器中在 95 °C 下反应 18 小时，实现锂化（锂化吸收）。将所得沉淀离心，用蒸馏水洗涤 4-5 次，然后风干。将 0.25 g [Li-Al] LDH 和 25 mL 蒸馏水在圆底烧瓶中在 95 °C 下反应 2 小时并不断搅拌，实现层状双氢氧化物 (LDH) 结构中锂的脱锂。将烧瓶连接到冷凝器以尽量减少蒸发。将所得沉淀离心，用蒸馏水洗涤 4-5 次，然后在 65 °C 的烤箱中干燥。 使用电感耦合等离子体发射光谱 (ICP-OES) 测量对锂化和脱锂步骤中的固体和上清液进行评估/评价。

【图片摘录】

【主要结论】

开发了一种离子热再锂化策略，可直接回收 RTMS 中的 EoL-NMC。在离子热过程中，EoL-NMC 中降解的结构和损失的锂得到恢复，EoL-NMC 中的杂质被去除。在半电池和全电池测试中，Re-NMC-2 的电池性能与 P-NMC 相同。

分析表明，离子热再锂化工艺的正极生产成本低于原生产、火法冶金和湿法冶金回收工艺，EoL-NMC离子热再锂化的成功可以启发其他EoL富镍正极的直接回收。