陈根/周江/韩俊伟AM：高度降解的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2自重构成稳定单晶正极

资源的可持续性需求将废旧锂离子电池(LIBs)的回收提升到战略地位。由于高附加值和处理工艺简单，直接回收优于湿法冶金或火法冶金方法。然而，传统的直接回收技术仅适用于贫镍/中镍正极。

在此，中南大学陈根副教授、周江教授、韩俊伟副教授团队采用简单而有效的LiOH-NaCl熔盐将废的富镍LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(S-NCM)直接回收到性能增强的单晶正极材料中。

本文系统地研究了再生过程中Li的补充和再结晶的演化过程，并全面地证明了高度退化的显微组织的成功恢复，包括Ni²⁺和O空位的显著消除。

再生后的纳米碳管(R-NCM)由于具有良好的单晶结构，其结构稳定性、电化学活性、充放电过程中的氧气和裂纹抑制能力显著增强，在长期循环和高倍率测试中表现出优异的性能。

图1. 镍在不同健康状态下的层状晶体结构和晶场分裂示意图

总之，该工作开发了一种可行的一步共晶LiOH-NaCl体系，将多晶S-NCM转化为性能增强的再硫化和单晶正极。结果表明，足够长的保温时间和合适的处理温度是锂重新嵌入和晶粒长大的必要条件。此外，FIB-SEM、FIB-TEM和EELS技术准确地揭示了S纳米复合材料退化结构的良性修复(巨大的微裂纹和严重的相变以及表面Ni和O元素的显著变化)。通过与C-NCM的比较发现，R-NCM可以有效地抑制H2+H3相变和充放电过程中的Bragg偏差，从而实现稳定结构。

因此，R-NCM在相变、氧化还原能力和充放电过程中的O₂释放行为等方面表现出全面的优势。由于具有强健的晶体结构，R-NCM在长周期循环、高倍率性能和电化学极化方面都大大超过了标准的C-NCM。

因此，该策略可以成功地应用于不同容量损失的S-NCMs混合正极和其他废NCM523正极的回收，为大量废正极材料的普遍和直接回收奠定了基础。

图2. 半电池在3.0-4.3V电压范围内的电化学性能

Self-Reconstruction of Highly Degraded LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 Towards Stable Single-Crystalline Cathode, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202307091