Streamlining Ni‐Rich LiNi x Mn y Co z O 2 Cathode Black Mass Purification for Direct Recycling and Upcycling through the Alkoxythermal Process

材料科学 阴极 过程(计算) 化学工程 分析化学(期刊) 物理化学 环境化学 计算机科学 操作系统 工程类 化学
作者
Varun Gupta,Christopher Potts,Duc Tran,Hongpeng Gao,M. Li,Jiao Lin,Zheng Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (46) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/aenm.202406083
摘要

Abstract The rapid accumulation of end‐of‐life lithium‐ion batteries necessitates sustainable recycling pathways, particularly for the industry‐prominent nickel‐rich NCM (LiNi x Mn y Co z O 2 , x+y+z = 1, x>0.8) materials. Direct recycling presents a promising solution but is hindered by the susceptibility of these materials to impurities, moisture, particle cracking, and thermal degradation, especially in hydrothermal relithiation methods. This study reveals that impurities lead to severe surface degradation in nickel‐rich NCM cathodes, resulting in critical material transformations during high‐temperature hydrothermal processes. To address these issues, the alkoxythermal (AT) process is introduced, a low temperature relithiation and purification strategy operating at 80 °C. Applied to nickel‐rich scrap, low‐nickel spent cathodes, and mixed‐stream materials, the process achieves relithiation of the crystal alongside majority fluorine impurity removal. The AT process is also successfully demonstrated on a 100‐gram batch of spent NCM (89% nickel) cathode black mass, showcasing its scalability. The resulting spent material post‐AT process is upcycled to a single‐crystal morphology, yielding a specific capacity of 196 mAh/g. With scalability, integration potential, and broad applicability, the AT process marks a significant advancement in direct recycling for nickel‐rich chemistries, addressing key challenges in sustainable battery material recovery.
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