通过离子热锂化直接回收废旧Ncm阴极

学术   2024-10-29 10:04   江西  

1.文章背景

直接回收技术的关键过程是修复废旧电池中降解的缺锂正极颗粒的成分和结构缺陷,从而最大限度地保留正极颗粒的高附加值。

本文使用具有成本效益的卤化锂作为锂源和可回收的 IL 作为溶剂通过电离热合成成功锂化,用于直接回收NCM 111 阴极。此外,离子液体在离子热锂化后可以很容易地回收和再利用。

2.实验部分

将D-NCM 和 LiCl 或其他锂前体 与 25 mL 玻璃瓶中的 IL 混合。搅拌 10 分钟后,将含有混合物的小瓶在加热块中加热至 40 °C,并在此温度下再保持 6-24 小时。混合物冷却至室温后,通过过滤将黑色粉末与 IL 分离。回收的黑色粉末用丙酮、乙醇洗涤两次,最后用丙酮洗涤。将黑色粉末在 100 °C 的烘箱中干燥 2 h。

3.文章要点

要点一:通过电离热方法回收 Li 成分的重新锂化过程图示。

要点二:XRD 图中的这些变化表明 D-NCM 中 c 参数的扩展,这是由于 MO6 板产生的排斥力,它们在脱锂状态下带正电。此外,(110)衍射线向更高的角度移动,表明由于过渡金属离子在高价处的半径较小,D-NCM 的 a 轴收缩。根据 ICP 结果计算表明化学成分成功恢复。R-NCM-LiBr-C2 的 TGA 曲线与 P-NCM 的 TGA 曲线一致,表明完全再锂化的 R-NCM-LiBr-C2 具有出色的热稳定性。

要点三:通过半电池和全电池测试评估了 R-NCM-LiBr-C 2 、 D-NCM 和 P-NCM 的电化学性能。R-NCM-LiBr-C 2 半电池在 C/10 的前 4 次循环中几乎与 P-NCM 的充放电曲线重合。R-NCM-LiBr-C 2 的循环稳定性在前 40 个循环中也与 P-NCM 一致。100 次循环后,R-NCM-LiBr-C 2 的容量仍高于 D-NCM,验证了 R-NCM-LiBr-C 2 的良好稳定性。

要点四:为了阐明化学再锂化的机理,我们研究了不同反应条件下的电离热再锂化,例如其他IL 、Li 前驱体和不同温度下的电离热再锂化。

4.总结

本文以ILs为可回收溶剂,以经济高效的卤化锂为锂前驱体,实现了脱锂NCM正极的新型离子热再锂化。

通过XRD、TGA、ICP等表征手段验证了完全回收的NCM结构和化学组成。在半电池和全电池测试中,重新锂化的NCM表现出优异的电化学性能。R - NCM的循环稳定性也得到了证明。因此,这种离子热再锂化合成为NCM正极的直接回收提供了一种有前景的策略。


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