A Cascading Closed-Loop Strategy for Recycling and Production of Ternary Cathode Material from Spent Lithium-Ion Batteries in an Entirely Acidic Environment

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作者
Ling Xin,Meng Ning,Ruimei Xu,Zhijian Huang,Yukai Hua,Xiao Hua Yu,Yong Liu
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:13 (19): 7122-7133 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.5c01278
摘要

The closed-loop recovery of valuable metals from spent lithium-ion battery (LIB) cathodes and their regeneration into high-performance cathodes are crucial for resource efficiency. However, conventional closed-loop processes use acids for leaching and strong alkalis for coprecipitation, which prevents true integration. Here, a cascading closed-loop strategy is proposed to leach metal ions from the spent LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (NCM523) ternary material using organic acid and then produce NCM523 ternary material in the acidic leachate through a cation chelation and reassembly process. The entire process is carried out in an open vessel under ambient conditions within 40 min. The closed-loop process-derived NCM523 (CLP-NCM523) has the target stoichiometry and a one-dimensional quasi-single crystal structure, which enhances Li + diffusion kinetics. The leaching efficiencies for Ni, Co, and Mn are 98.37%, 98.39%, and 99.43%, respectively, and the recovery efficiencies are 83.71%, 86.29%, and 81.61%, respectively. CLP-NCM523 cathodes exhibit superior electrochemical performance, particularly at high rates: 101.4 mA h g –1 at 10C (vs 69.5 mA h g –1 for commercial NCM523) and 86.7% capacity retention after 200 cycles. This strategy reduces the costs of converting acidic leachate to alkaline solution and avoids uneven element distribution in the precursor that occurs in coprecipitation-based closed-loop processes, demonstrating high potential for sustainable LIB recycling.
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