One‐Pot Tandem Conversion Strategy Enables Atom‐Economical Recovery of Spent Layered Oxide Cathodes

试剂 氧化物 浸出(土壤学) 串联 草酸 阴极 无机化学 抗坏血酸 化学 化学计量学 化学工程 材料科学 金属 催化作用 降水 过渡金属 还原剂 电动现象 乏核燃料 动力学 废品 水溶液中的金属离子
作者
Xi Zhang,Xiyu Zhu,Lina Shan,Zhexu Wang,Xiaolu Su,Zhao Cai,Chenggang Zhou,Ruimin Sun,Qiang Gao,Bo Han
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (32): e4600564-e4600564
标识
DOI:10.1002/anie.4600564
摘要

ABSTRACT The efficient and sustainable recycling of valuable metals from spent lithium‐ion batteries (LIBs) presents a significant challenge, as conventional hydrometallurgical methods often suffer from harsh operational conditions and inefficient reagent utilization. Herein, we report an atom‐economical one‐pot tandem conversion (OTC) strategy for the rapid recovery of critical metals from spent layered oxide cathodes (i.e., LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ). This approach completely converts cathode powder into transition metal oxalates and a lithium‐rich solution in a single reactor at 80 °C within 20 min, achieving > 98% recovery for Ni/Co/Mn and 99.4% for Li. Crucially, near‐quantitative (≈100%) utilization of stoichiometrically dosed K 2 SO 3 , ascorbic acid (AA), and oxalic acid (Ox) is confirmed by ion chromatography and pH tracking, leaving negligible reagent waste. Mechanistic investigations combining experimental evidence and theoretical calculations reveal that the OTC strategy proceeds through a uniquely orchestrated, pH‐modulated sequence, where the reductive activation, coordinative dissolution, and spontaneous precipitation are decoupled and activated in a sequential manner to avoid the competitive interactions that plague conventional one‐pot systems. The OTC strategy demonstrates broad applicability across various layered oxide cathodes, establishing a green and efficient paradigm for spent LIB recycling that significantly enhances both leaching kinetics and atom economy compared to existing hydrometallurgical routes.
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