Selective Extraction of Critical Metals from Spent Lithium-Ion Batteries

浸出(土壤学) 选择性 萃取(化学) 化学 无机化学 氯化胆碱 阴极 材料科学 冶金 色谱法 催化作用 土壤水分 土壤科学 物理化学 生物化学 环境科学
作者
Mengmeng Wang,Kang Liu,Zibo Xu,Shanta Dutta,Marjorie Valix,Daniel S. Alessi,Longbin Huang,Julie B. Zimmerman,Daniel C.W. Tsang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (9): 3940-3950 被引量:70
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c07689
摘要

Selective and highly efficient extraction technologies for the recovery of critical metals including lithium, nickel, cobalt, and manganese from spent lithium-ion battery (LIB) cathode materials are essential in driving circularity. The tailored deep eutectic solvent (DES) choline chloride–formic acid (ChCl–FA) demonstrated a high selectivity and efficiency in extracting critical metals from mixed cathode materials (LiFePO4:Li(NiCoMn)1/3O2 mass ratio of 1:1) under mild conditions (80 °C, 120 min) with a solid–liquid mass ratio of 1:200. The leaching performance of critical metals could be further enhanced by mechanochemical processing because of particle size reduction, grain refinement, and internal energy storage. Furthermore, mechanochemical reactions effectively inhibited undesirable leaching of nontarget elements (iron and phosphorus), thus promoting the selectivity and leaching efficiency of critical metals. This was achieved through the preoxidation of Fe and the enhanced stability of iron phosphate framework, which significantly increased the separation factor of critical metals to nontarget elements from 56.9 to 1475. The proposed combination of ChCl–FA extraction and the mechanochemical reaction can achieve a highly selective extraction of critical metals from multisource spent LIBs under mild conditions.
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