周光敏、成会明团队在锂电回收领域取得新进展

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磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）电池因其安全性能高、使用寿命长及无模组设计等新兴技术突破而备受关注，被广泛应用于电动汽车和储能电站等领域。随着近些年新能源汽车的爆发式增长，退役锂离子电池的报废量也与日俱增。现行的锂离子电池的回收方法，包括火法、湿法回收等，分别存在着能耗高、使用强酸强碱试剂等问题。因此，研究人员着力探索直接再生回收的思路，在不破坏电极材料结构的基础上，旨在将失效正极材料的成分和结构恢复到原始状态，从而实现废弃锂离子电池的最优化可持续回收。
        磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）正极材料长期循环后锂的损失是其容量衰减的主要原因，同时会导致晶体结构中形成Fe(Ⅲ)相和部分Li-Fe反位缺陷。在直接再生过程中，有效补充损失的锂和构筑还原性环境被认为是两个关键因素。此外，电子导电性的下降会影响LFP正极材料倍率性能的发挥，这是由于多次循环后失效LFP颗粒表面的导电碳包覆层出现部分缺失。解决上述问题是直接再生LFP正极材料的关键。传统的无机锂盐（如碳酸锂、氢氧化锂、硫酸锂等）固相烧结再生方法只能解决单一的锂的缺失问题，无法同步实现铁价态还原、表面包碳层修复等多种效果，因此修复效果严重受限。

        近日，清华大学深圳国际研究生院周光敏、成会明团队提出了使用一种新型的多功能有机锂盐（3,4-二羟基苯腈二锂，Li2DHBN）直接修复失效LFP正极的方法。有机锂盐表面丰富官能团（如-CN，-OLi）可以和失效LFP颗粒有效地耦合，且有机锂盐在较低温度下分解为无定形碳和碳酸锂，在较高温度下进一步分解为氧化锂，即达到“低温包碳+高温补锂”的双重效果。此外，具有还原性的氰基官能团在还原三价铁的过程中起到关键作用。修复后的LFP正极具有优异的循环稳定性和倍率性能，在5C下循环400次后容量保持率为88%，这得益于锂的有效补充、三价铁的还原、电子导电性的提升。这种策略也适用于直接修复过渡金属氧化物层状正极材料，证实了该有机锂盐的通用性。相比于传统的火法和湿法过程，该工作提出的策略具有更高的经济价值和更大的环境效益，为未来探索更多不同锂源用来直接修复失效锂离子电池正极材料提供了独特的思路。
          相关成果以“多功能性有机锂盐直接再生失效正极材料”（Direct regeneration of degraded lithium-ionbattery cathodes with a multifunctionalorganic lithium salt）发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。
         清华大学深圳国际研究生院周光敏副教授、上海交通大学梁正副教授以及中国科学院深圳先进技术研究院成会明院士为上述文章通讯作者，清华大学深圳国际研究生院与上海交通大学联合培养博士生季冠军、博士后王俊雄为文章的共同第一作者，论文作者还包括联合培养博士生贾凯，清华大学深圳国际研究生院2021级硕士生马骏、庄兆丰。该研究得到国家自然科学基金委、科技部、广东省科技厅、深圳市科创委等部门的支持。
         论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36197-6
           文章来源：清华大学
        成会明：国际知名碳材料科学家、中科院院士、发展中国家科学院院士，清华-伯克利深圳学院教授、低维材料与器件实验室主任，中科院金属所研究员。成会明院士是国家自然科学基金委工程与材料学部咨询委员会成员、无机非金属材料学科评审专家，曾任“863”计划功能材料专家组专家，被澳大利亚研究理事会、新加坡教育部、香港地区研究资助局等国家和地区聘为外部评审专家。曾任国际刊物Carbon副主编、《新型炭材料》主编，现任国际刊物Energy Storage Materials（储能材料）主编 （影响因子>15）、Science China Materials（中国科学-材料）副主编。曾任亚洲碳协会主席、两届碳国际会议共同主席，是纳米管、石墨烯和碳科学等系列国际会议学术顾问委员，在国际会议上做特邀报告130余次，在国内外碳材料领域具有重要影响。成会明院士曾获得国家自然科学二等奖、国防科技进步二等奖、何梁何利科技进步奖、美国碳学会Pettinos 奖、德国Felcht奖、桥口隆吉基金奖、辽宁省自然科学奖一等奖（2项）、美国化学会ACS Nano Lectureship奖等。他已发表学术论文550余篇，其中2007～2016年发表的论文中有ESI高被引论文72篇，论文被引用53000多次（h因子达106），获授权中国及PCT专利100余项，成立了5家高新技术材料企业。
       周光敏，主要研究方向为电化学储能材料与器件，已发表论文130余篇，其中第一作者及通讯作者论文包括Nature Nanotechnology，Chemical Reviews，Nature Communications，Science Advances，PNAS，Advanced Materials等。论文被引用 24800多次，H-index为64，2018-2020连续3年入选科睿唯安全球高被引科学家。担任期刊Energy Storage Materials科学执行编辑，获得包括国家海外高层次人才（青年）、广东省材料研究学会青年科技奖、能源存储材料青年科学家奖、中国科学院院长特别奖、中国科学院优秀博士论文、Carbon Journal Prize等奖励。