Direct regeneration of degraded lithium-ion battery cathodes with a multifunctional organic lithium salt

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作者
Guanjun Ji,Junxiong Wang,Zheng Liang,Kai Jia,Jun Ma,Zhaofeng Zhuang,Guangmin Zhou,Hui–Ming Cheng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 584-584 被引量:474
标识
DOI:10.1038/s41467-023-36197-6
摘要

Abstract The recycling of spent lithium-ion batteries is an effective approach to alleviating environmental concerns and promoting resource conservation. LiFePO 4 batteries have been widely used in electric vehicles and energy storage stations. Currently, lithium loss, resulting in formation of Fe(III) phase, is mainly responsible for the capacity fade of LiFePO 4 cathode. Another factor is poor electrical conductivity that limits its rate capability. Here, we report the use of a multifunctional organic lithium salt (3,4-dihydroxybenzonitrile dilithium) to restore spent LiFePO 4 cathode by direct regeneration. The degraded LiFePO 4 particles are well coupled with the functional groups of the organic lithium salt, so that lithium fills vacancies and cyano groups create a reductive atmosphere to inhibit Fe(III) phase. At the same time, pyrolysis of the salt produces an amorphous conductive carbon layer that coats the LiFePO 4 particles, which improves Li-ion and electron transfer kinetics. The restored LiFePO 4 cathode shows good cycling stability and rate performance (a high capacity retention of 88% after 400 cycles at 5 C). This lithium salt can also be used to recover degraded transition metal oxide-based cathodes. A techno-economic analysis suggests that this strategy has higher environmental and economic benefits, compared with the traditional recycling methods.
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