随着能量密度和效率的提高，以及在电动汽车(EV)/混合电动汽车(HEV)和能源、医疗、军事领域等的广泛应用，锂离子电池的全球市场持续增长。锂镍钴锰氧化物(NCM)电池因其高能量密度、出色的充电效率、低温放电性能、较长的循环寿命而广泛用于EV/HEV中。然而，全球EV/HEV市场的蓬勃发展导致对NCM电池的需求迅速增加，引发了镍、钴和锰矿物价格的上涨，这也使得废旧NCM电池的回收变得极为迫切。回收的主要挑战之一是实现电池材料的高效和低能耗再利用，通常回收NCM的方法是液相浸出、固相煅烧、共沉淀和金属提取等。最近的研究集中在提高液相法的浸出率或提高再生NCM的电化学性能，然而再生过程中的高能耗和工艺路线的复杂性在很大程度上被忽视了，选择性浸出的优越性也较少受到关注。
【成果简介】
能量存储和动力装置的旺盛需求导致废旧锂离子电池数量猛增。然而，传统的固相和湿法冶金再生方法具有能耗高、工艺路线长、产生大量废溶剂等缺点。为了解决这些问题，湖北大学刘建文团队报道了一种基于选择性浸出再生高镍LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622)材料的高效、低能耗策略，该策略即使在非最佳浸出条件下也同时有效；浸出修复坍塌的晶体结构并去除废NCM622的杂质相，浸出后固液混合物不需要复杂的处理，使过程节能环保；最后再生的单晶NCM622具有179.2 mAhg−1的初始比放电容量，150次循环后在0.2C下容量保持为90.7%，这可与商业材料的性能相媲美。这种方法可以精准地补充从废材料中损失的锂并修复受损的晶体结构，有望在废旧锂离子电池回收再生工业中得到应用。该研究工作以“Boosting efficient and low-energy solid phase regeneration for single crystal LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 via highly selective leaching and its industrial application”为题发表于国际知名学术期刊《Chemical Engineering Journal》，湖北大学黄子璇和刘学为论文共同第一作者，刘建文为论文通讯作者。
【内容详情】
1.工艺流程的独创性
当前，废旧锂离子电池正极材料的回收和再生主要是通过湿法冶金浸出或固相再生实现的，这也可适用于处理NCM废料。湿法冶金浸出是工业上首选方法，因为这种方法简单方便，但该工艺路线通常很长，涉及不同阶段的金属分离，并释放大量废水和废有机溶剂等，回收产品非电极材料。固相再生工艺路线短，产物可直接再生为新的电极材料，但能耗很高。我们工作中的主要创新是将湿法冶金浸出和固相再生的元素结合起来，开发出高效、低能耗工艺。首先，粒度分级预处理有助于提高锂的浸出和回收效率。其次，选择性浸出可以实现对锂的超高选择性，避免分离锂和镍、钴和锰的繁琐操作。值得注意的是，高选择性浸出使得后续再生的NCM622材料保持单晶结构。最后，多效蒸发可以显著减少废水排放，无需过滤和干燥，非常适合工业应用。尤其需要指出的是，本工作提出的选择性浸出，即使不追求最佳浸出效率，也能保证最终固相再生NCM材料的电化学性能。
