减弱的超级交换作用实现了废旧锂离子电池正极的直接再生

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：The Weakened Super-Exchange Interaction Realizes the Direct Regeneration of Spent Lithium-lon Battery Cathodes

直接再生锂离子电池负极时，钠基熔盐预处理可调控岩盐相结构中的氧桥电子态分布，削弱相邻层过渡金属的超交换作用，促使岩盐相向层状结构转变，从而将锂离子迁移路径从高能垒2-传输金属途径转为低能垒1-迁移通道，实现容量恢复率78%的稳定再生效果。

　　

摘要

直接再生正极是一种有效的技术，可用于解决废弃锂离子电池（LIBs）造成的资源浪费和环境污染问题。然而，在退化的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极的岩盐相中，Li⁺的迁移遵循一种能量不利的2-过渡金属（2-TM）传输路径（即面共享八面体之间的四面体位点），这形成了一个动力学障碍，从根本上限制了直接再生的可能性。通过采用基于钠的熔盐预处理方法，可以将钠原子引入岩盐相中未占据的四面体位点，从而改变桥接氧阴离子的电子态分布，并减少相邻层中过渡金属原子之间的超交换作用，进而促使材料从岩盐相转变为目标层状结构。这样一来，Li⁺的迁移路径从高能量的2-TM路径转变为低能量的1-TM路径，使得锂化过程更加高效，正极也能得到完全恢复。再生后的材料具有较高的结构均匀性和优异的电化学性能，在500次循环后仍能保持78%的容量。本研究通过调节退化正极结构中的超交换作用，为锂离子电池的直接回收提供了新的思路。

图形摘要

通过将钠原子引入岩盐相的四面体位点，可以改变桥接氧阴离子的电子分布，并降低镍元素的磁矩，从而减弱线性超交换作用，最终促使材料从阻碍Li⁺迁移的岩盐结构转变为有利于Li⁺迁移的层状结构。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。