1.文章背景
未来五年，全球对锂离子电池的需求预计将超过每年数百吉瓦时，到 2025 年将占可充电电池市场的 70%。便携式电子产品的可充电锂离子电池的平均寿命不超过 3 年，电动汽车不超过 5 到 10 年，因此在不久的将来会出现大量电池退化。这些废旧电池含有重金属和有毒有机化合物等有害物质，对环境和人类健康构成风险。用于合成正极材料的金属资源也变得越来越稀缺。因此，迫切需要开发有效的方法来处理废旧电池，以防止对环境产生负面影响并满足对宝贵资源的需求。
2.文章简介
近年来，人们对开发在不破坏其晶体结构的情况下直接再生阴极材料的方法越来越感兴趣。已经开发了几种方法，包括固态烧结、熔盐法、化学锂化策略、水热法、和原位电化学法。
为了实现高能效和时间效率的阴极材料再生，本文提出了一种无损、超快的方法，可以在几秒钟内再生废 LCO。超快修复法（URM）利用焦耳热，加热速率高、温度可调、冷却速率高，可以大大减少不可避免的散热。使S-LCO能够在8s内快速修复，快速过程不仅最大限度地减少了锂源在高温下的损失，还避免了锂源与容器之间的熔化和可能的腐蚀反应。此外，再生 LCO 的电化学性能与新鲜的商用阴极材料相当。
3.文章要点
要点一：在典型的URM工艺中，将直径为1.0 cm 的压制颗粒样品放置在两张复写纸之间。然后通过焦耳热快速加热碳纸和样品，避免了基于炉的方法中延长的低温反应阶段。与其他阴极再生方法相比，URM 可以在几秒钟内完成反应，有效减少了不必要的能耗和操作时间。图1d说明了 S-LCO 的微观修复过程，它由两个主要步骤组成。首先，添加的锂源填补锂空位，从而能够将锂离子重新引入阴极结构。其次，尖晶石 Co3O4转化为层状LCO。URM的高度可调特性使适当的反应温度能够在几秒钟内再生阴极，避免锂在长时间高温下挥发或在低反应温度下不完全修复晶相。
图1.( a )超快速修复过程和( b )炉内修复方法示意图;( c )再生过程示意图;( d ) S-LCO修复过程示意图;( e ) S-LCO的SEM图像；( f )废旧LiCoO2和URM - LCO的XRD图谱;( g )不同再生工艺的能耗和运行时间.
要点二：利用XRD、透射电子显微镜和 X 射线光电子能谱，以进一步证实 URM 对 LCO 再生的有效性。结果表明，超快处理后 S-LCO 的微观结构和物相结构可以完全修复且Co和O分布均匀，并且存在不纯相。
图2.(a-b）S-LCO的XRD Rietveld精修结果和晶体结构；(c-d) URM - LCO的Rietveld精修和晶体模型；(e)S-LCO的HAADF - STEM图像；(f)面板e中标记区域对应的FFT方向图；(g)URM - LCO的HAADFSTEM图像；(f)面板g所标示区域对应的FFT模式；( i ) S - LCO和( j ) URM - LCO的Co 2p的高分辨XPS谱.
要点三：使用 XRD 研究了 URM 温度对修复正极材料晶体结构的影响，其中反应温度由红外相机确定。并讨论再生阴极在不同 URM 条件（反应温度和无锂补充）下的电化学性能，并通过电化学阻抗谱、电池循环和倍率性能测试在半电池中进行评估。
图3.(a)实验过程中的温度变化；(b)以Li2CO3为锂源的R-LCO在不同温度下的XRD图谱；(c)不同温度下无锂源再生LiCO2的XRD图谱；(d)以Li2CO3为锂源的R- LCO在不同温度下的倍率性能；(e)不同电流下R - LCO-Li-1440 (实线)和R-LCO-1440 (虚线)的充放电曲线；(f) R-LCO-Li-T的EIS曲线；(g) S-LCO、R-LCO- Li-1440和R-LCO-Li1440在0.2 C下的循环性能；(h)S- LCO和R-LCO-Li-1440的d Q / d V曲线.
图4.不同退火方法（URM 在 1440 K，炉退火在 1173 K，这是传统 LCO 修复工艺中常用的温度 50,51）修复的 LCO 样品的电化学性能.
4.总结
本文证明了用超快修复方法可以直接再生废 LCO，在 1440 K 的最佳反应温度下只需 8 s。系统表征表明，废 LCO 的相结构可以完全恢复到其原始的层状结构，修复后的 LCO 的电化学性能与原始材料相当。优化修复后的 LCO 在 0.1 C 下的初始放电容量恢复到 133.0 mAh/g，具有超过 300 次循环的出色循环性能。此外，修复后的 LCO 表现出优异的倍率容量，优于炉修复样品。这种方法非常省时节能，使其适用于锂离子电池 LCO 阴极的实际直接再生。
