Dual‐Salt Carbothermal Shock Strategy Enabling Ultrafast and Sustainable Regeneration of Spent LiFePO 4 Cathode Materials

材料科学 阴极 化学工程 碳热反应 降级(电信) 电化学 阳极 锂离子电池 锂(药物) 空位缺陷 再生(生物学) 电池(电) 结构稳定性 离子 密度泛函理论 纳米技术 电极 超短脉冲 工作(物理) 休克(循环) 磷酸铁锂 复合材料 储能 压缩(物理) 碳纤维
作者
Yanjuan Li,Zhongou Yang,Junhui Cai,Yiran Li,Zhenzhen Wu,Zhouyang Long,Xiao Yan,Shanqing Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.75876
摘要

ABSTRACT Degradation in spent LiFePO 4 (SLFP) primarily stems from lithium loss, leading to lithium vacancy (Li v ) and Fe Li antisite defects, which are typically detrimental to performance. Conventional single‐salt lithium supplementation is time‐consuming and fails to fully address these structural defects. Herein, we present a dual‐salt carbothermal shock (CTS) using NaI and LiI to in situ repair the Li v with both Li + and Na + ions within seconds, yielding a Na + ‐pinned regenerated LFP (Na‐RLFP). Microstructural analysis and density functional theory (DFT) calculations reveal that the Na + ‐pinned LFP structure induces a controlled lattice expansion, facilitating a deeper Li replenishment within the lattice, while simultaneously lowering the Fe migration energy, thereby further reducing Fe Li antisite defects during the regeneration process. In cycling, the incorporated Na + stabilizes the framework and strengthens the Fe─O and P─O bonds, preserving the overall LFP integrity and enhancing Li + migration, thereby improving electrochemical performance. The resultant Na‐RLFP cathode exhibits exceptional cycling stability with retention of 92.8% at 3 C after 500 cycles in coin cell. Notably, it achieves 95% capacity retention after 100 cycles at 0.5 C in an Ah‐level pouch cell. This work provides an ultrafast, energy‐efficient, and scalable pathway to regenerate spent LFP cathodes, advancing the lithium‐ion battery recycling technologies.
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