Stabilizing Spent LiCoO 2 Through Interface Construction: A Sustainable Route to High‐Performance Cathode Regeneration

材料科学 阴极 电化学 三元运算 化学工程 尖晶石 电化学动力学 降级(电信) 兴奋剂 纳米技术 电池(电) 溶解 结构稳定性 再生(生物学) 扩散 接口(物质) 表面改性 动力学 电极 相(物质) 格子(音乐) 表面电荷
作者
Zhiyao Wang,Zidong Wei,Shenghe Zhang,Shilei Gong,Yulin Min,Hexing Li,Penghui Shi
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202525393
摘要

Abstract The large‐scale adoption of lithium‐ion batteries (LIBs) has intensified environmental burdens and resource depletion, creating urgent demands for sustainable regeneration of spent LiCoO 2 (LCO) cathodes. Structural degradation and Li + transport hindrance critically degrade their electrochemical performance. Here, a hydrothermal‐assisted surface doping strategy leveraging a NaOH‐Na 2 S 2 O 8 ‐MgCl 2 ternary system is developed to simultaneously induce controlled surface dissolution of spent LCO and construct a Li 0.96 Mg 0.04 CoO 2 surface solid‐solution layer, a targeted interface engineering approach for highly stable performance cathode regeneration. In‐ situ XRD and DFT calculations reveal that Mg 2+ preferentially occupies Li + sites via charge compensation, driving surface reconstruction from a detrimental spinel phase to a stable layered structure. This interface construction enhances structural stability and optimizes Li + diffusion kinetics by mitigating lattice strain and restoring ion transport pathways. The regenerated OR‐LCMO cathode achieves an initial discharge capacity of 170.2 mAh g −1 at 0.02 A g −1 and retains 93.13% capacity after 200 cycles in a full OR‐LCMO||graphite pouch cell (3.0–4.6 V, 1 A g −1 ). Economic analysis confirms cost and environmental benefits over conventional methods. This work presents a green, high‐value pathway for spent LCO regeneration via metal‐ion doping with interface engineering, providing universal insights for the sustainable upcycling of diverse battery cathode materials.
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