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Lithium-ion battery recycling through an integrated electro-membrane crystallization technology

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作者
Yan Zhao,Yangbo Qiu,Lei Xia,Xi Zhang,Shuang Zheng,Gang Lü,Jin Shang,Raf Dewil,Seth B. Darling,Bart Van der Bruggen,Chuyang Y. Tang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1): 955-955 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41467-025-67678-5
摘要

Lithium-ion battery (LIB) recycling is crucial for energy security, environmental sustainability, and economic viability, as the finite lifespan of LIBs results in a significant annual accumulation of spent units. However, effectively and precisely recovering valuable metal ions such as Li+, Mn2+, Ni2+ and Co2+ from complex LIB leaching solutions remains a major challenge. Here, we present a scalable electro-membrane crystallization-assisted general recycling (e-MCGR) technology for the selective and efficient recovery of those metal ions from LIB leaching solutions. By synergistically integrating electrochemical and electro-membrane technologies, our proposed technology incorporates four key configurations: selective membrane dual-stage distillation, bipolar membrane in-situ crystallization, membrane metal-complexing ex-situ crystallization, and membrane metal-extracting temporal crystallization. We systematically analyze the metal-ion transfer kinetics of electro-membranes (ion selectivity and permeation rates) and the performance of electro-membrane crystallization systems (recovery rates and product purity), alongside evaluating energy consumption, economic viability, and environmental benefits. Our optimized e-MCGR process achieves a recovery of 95.5% for Li+, 99.5% for Mn2+, 83.1% for Ni2+, and 87.3% for Co2+, yielding high product purities of 99.9% for Li2CO3, 99.9% for Mn3O4, 99.5% for Ni(OH)2 and 92.5% for Co(OH)2. The e-MCGR technology demonstrates significant potential to reshape LIB recycling paradigms, aligning technological efficiency with energy, environmental and economic sustainability. This study presents a scalable and sustainable electro-membrane crystallization-assisted general recycling technology that efficiently recovers high-purity lithium, manganese, nickel, and cobalt from spent lithium-ion batteries.
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