Insights into the Mechanisms Behind Structural Repair of Spent Layered Cathode Materials for Lithium‐Ion Batteries

阴极 锂(药物) 材料科学 离子 工程物理 法律工程学 纳米技术 化学 电气工程 心理学 精神科 工程类 有机化学
作者
Shuaiwei Liu,Hao Liu,Arseniy Bokov,Mohammad Jaleh,Hang Li,Sylvio Indris,Oleksandr Dolotko,Aleksandr Kalinko,Edgar Eduardo Villalobos-Postillo,Carlo Marini,Thomas Bergfeldt,Michael Knapp,Helmut Ehrenberg
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (32): e202504382-e202504382 被引量:4
标识
DOI:10.1002/anie.202504382
摘要

Structural repair is a vital step in the direct recycling of spent LiNixCoyMnzO2 lithium-ion batteries, yet its underlying mechanisms remain insufficiently clear. Herein, the thermal solid-state structural repair of spent LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622) layered cathode material is systematically investigated. Through multiscale techniques combining XRD, XAS, and 6Li solid-state NMR, we identify the structural degradation in spent NCM622 and monitor both long- and short-range structural evolution during repair. Our findings reveal that degradation predominantly occurs through Ni migration into Li octahedral sites, while Co and Mn demonstrate relatively lower occupancies in the Li layer. Such occupancies are primarily responsible for structural disorder and cubic-symmetry domain formation within the spent material. The repair process is demonstrated to involve re-lithiation, oxygen capture, increased transition metal (TM) oxidation states, and the migration of TM ions from the Li layer back to the TM layer, followed by cation diffusion. Both temperature and lithium compensation ratio are identified as critical factors promoting these processes. Capacity recovery studies show a strong correlation between reduced TM occupancy in the Li layer and improved electrochemical performances. These insights allow us to move beyond conventional phase-transition perspectives, offering an atomic-level understanding of structural degradation and repair mechanisms in spent layered cathode materials.
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