Sustainable Revival of Spent Ni‐Rich Cathodes: High‐Temperature Endurance and Accelerated Kinetics via Strategic Upcycling

材料科学 动力学 阴极 化学工程 冶金 工程物理 纳米技术 物理化学 经典力学 物理 工程类 化学
作者
Yaxin Zhang,Tongshuai Wang,Jiawen Tang,Yunsong Li,Yuxiang Guo,Cheng Lü,Jiacheng Liu,Ahu Shao,Chunwei Li,Zhiqiao Wang,Xiaoyu Tang,Yisheng Hu,Yue Ma
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.202513772
摘要

Abstract The paradigm shift toward the disposal of retired batteries demands sustainable and cost‐effective recycling methods that surpass conventional pyro‐/hydrometallurgy‐based techniques, offering superior profitability, energy efficiency, resource utilization, and environmental benefits. In this study, a one‐step modulation approach is presented for regenerating spent Ni‐rich layered oxides featured with exceptional ion diffusivity and high‐temperature stability. By exploiting decomposed species from Li 6 Zr 2 O 7 , monitored via high‐temperature X‐ray diffraction, the strategy simultaneously enables: Li source replenishment, Zr doping into the bulk lattice, and Conformal ion‐conductive Li 2 ZrO 3 coating on regenerated LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 (R‐NCM811‐2%LZO). Crucially, the upcycling process strategically utilizes lattice vacancies in the oxide to facilitate Zr dopant diffusion, while Li 2 ZrO 3 coating elevates corrosion resistance and thermal stability. Operando phase tracking reveals that the regenerated cathode maintains reversible lattice breathing and undergoes a continuous, kinetics‐boosted phase transition. By pairing R‐NCM811‐2%LZO cathode with graphite anode in a 3.0 Ah pouch‐format cell, the prototype achieves an energy density of 302 Wh kg −1 , extreme power output of 1260 W kg −1 , 63% mitigation of self‐discharge rate at 55 °C, as well as robust cycling across a wide temperature range. This value‐added strategy upgrades spent NCM811 into high‐temperature‐tolerant, fast‐charging cathodes, paving the way for sustainable battery recycling and circular economy initiatives.
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