【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著全球?qū)η鍧嵞茉葱枨蟮某掷m(xù)增長，鋰離子電池(LIB)作為一種高效、持久的儲能裝置，被廣泛應(yīng)用于電動汽車(EV)、便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域。然而，隨著電池使用量的激增，廢舊LIB的數(shù)量大幅增加，給環(huán)境保護和資源管理帶來了挑戰(zhàn)。目前，廢舊LIB的回收主要依靠兩種策略：火法冶金和濕法冶金。濕法冶金使用化學(xué)溶劑提取貴金屬和鋰鹽，這雖然有效，但會造成二次環(huán)境污染。火法冶金通過高溫煅燒提取廢舊正極中的過渡金屬(TM)，這具有高能耗和碳排放等缺點。而直接回收作為一種新興的有代表性的電池回收技術(shù)，可以通過鋰化恢復(fù)廢舊正極的電化學(xué)性能而不會損壞正極材料的結(jié)構(gòu)。因此，它引起了研究人員的廣泛關(guān)注。
針對直接再生法，西安交通大學(xué)電氣學(xué)院王鵬飛教授課題組基于減弱的超交換相互作用，提出了一種熔融鹽輔助(NaCl-Na2SO4)策略來修復(fù)廢舊鋰離子電池正極。通過將Na原子引入巖鹽相的四面體位點，改變了橋接氧陰離子的電子分布，導(dǎo)致Ni元素的磁矩降低，從而削弱了線性超交換相互作用，最終促進了廢舊鋰離子電池正極從阻礙鋰離子傳輸?shù)膸r鹽結(jié)構(gòu)向有利于鋰離子遷移的層狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。受益于相變，鋰離子迅速遷移到廢舊正極中，修復(fù)了鋰空位，并在隨后的高溫階段恢復(fù)了廢舊鋰離子電池正極中的缺陷結(jié)構(gòu)。再生鋰離子電池在200次循環(huán)后顯示出125.1 mAh g−1的比容量，與商用鋰離子電池正極相當。同時，為了探究其商用價值，將其與石墨電池組裝成軟包電池，該軟包電池在500次循環(huán)后實現(xiàn)了78%的容量保持率，表現(xiàn)出潛在的商業(yè)化潛質(zhì)。本研究通過調(diào)節(jié)退化正極結(jié)構(gòu)內(nèi)的超交換相互作用，為直接回收鋰離子電池提供了新穎的視角。
該研究成果以《減弱超交換相互作用實現(xiàn)廢舊鋰離子電池正極的直接再生》(The Weakened Super-Exchange Interaction Realizes the Direct Regeneration of Spent Lithium-Ion Battery Cathodes)為題，發(fā)表在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。西安交通大學(xué)碩士生李圓夢和賀毓嘉為本文共同第一作者，西安交通大學(xué)電氣學(xué)院王鵬飛教授、化學(xué)學(xué)院郗凱教授與賈凱助理教授為本文共同通訊作者，論文重要合作者還包括電氣學(xué)院肖冰教授、化學(xué)學(xué)院丁書江教授，論文第一單位為西安交通大學(xué)電工材料電氣絕緣全國重點實驗室新型儲能與能量轉(zhuǎn)換納米材料研究中心。
該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、陜西省重點研發(fā)計劃、西安交通大學(xué)青年拔尖人才計劃、電工材料電氣絕緣全國重點實驗室、秦創(chuàng)原高層次創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才項目、陜西省自然科學(xué)基金項目、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費、中國科協(xié)“青年人才托舉工程”、陜西省“高層次人才引進計劃”以及西安交通大學(xué)思源學(xué)者和小米青年學(xué)者等經(jīng)費資助。表征及測試工作得到西安交通大學(xué)分析測試共享中心的支持。
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