Ambient‐Pressure Relithiation of Degraded LixNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (0 < x < 1) via Eutectic Solutions for Direct Regeneration of Lithium‐Ion Battery Cathodes

环境压力 共晶体系 阴极 熔盐 材料科学 热稳定性 化学工程 退火(玻璃) 分析化学(期刊) 冶金 微观结构 化学 物理 工程类 物理化学 热力学 色谱法
作者
Yang Shi,Minghao Zhang,Ying Shirley Meng,Zheng Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (20) 被引量:304
标识
DOI:10.1002/aenm.201900454
摘要

Abstract With the rapid growth of the lithium‐ion battery (LIBs) market, recycling and re‐use of end‐of‐life LIBs to reclaim lithium (Li) and transition metal (TM) resources (e.g., Co, Ni), as well as eliminating pollution from disposal of waste batteries, has become an urgent task. Here, for the first time the ambient‐pressure relithiation of degraded LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (NCM523) cathodes via eutectic Li + molten‐salt solutions is successfully demonstrated. Combining such a low‐temperature relithiation process with a well‐designed thermal annealing step, NCM523 cathode particles with significant Li loss (≈40%) and capacity degradation (≈50%) can be successfully regenerated to achieve their original composition and crystal structures, leading to effective recovery of their capacity, cycling stability, and rate capability to the levels of the pristine materials. Advanced characterization tools including atomic resolution electron microscopy imaging and electron energy loss spectroscopy are combined to demonstrate that NCM523's original layered crystal structure is recovered. For the first time, it is shown that layer‐to‐rock salt phase change on the surfaces and subsurfaces of the cathode materials can be reversed if lithium can be incorporated back to the material. The result suggests the great promise of using eutectic Li + molten–salt solutions for ambient‐pressure relithiation to recycle and remanufacture degraded LIB cathode materials.
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