硫酸焙烧法从废旧三元锂离子电池中高效回收锂：反应机理与气体排放控制

本文创新性地采用硫酸焙烧-浸出工艺，通过热力学计算（HSC 6.0）结合热重质谱联用（TG-MS）实时气体分析，系统揭示了Li1.15(NixCoyMn1-x-y)0.85O2的两阶段反应机制：低温（室温-400℃）生成可溶性Li2SO4，中高温（400-700℃）过渡金属硫酸盐分解为不溶性氧化物，实现锂的选择性回收（88%效率），同时优化SO2/CO2排放控制，为废旧LIBs绿色回收提供工业化解决方案。

　　

Highlight
本研究通过硫酸焙烧-浸出工艺的创新优化，结合先进气体分析技术（TG-MS）和热力学模拟，首次完整解析了石墨掺杂Li_1.15(Ni_xCo_yMn_1-x-y)_0.85O₂的"低温硫酸化-高温分解"双阶段反应路径，为锂的高效回收（>88%）与有害气体（SO₂/CO₂）精准调控提供了理论依据。

Thermodynamic analysis
含少量石墨的LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂在硫酸焙烧过程中涉及多步复杂反应。通过HSC 6.0软件模拟发现（图1a），在200-400℃温度区间，硫酸优先与锂组分反应生成Li₂SO₄；当温度升至500℃以上时，Ni/Co/Mn硫酸盐开始分解为相应氧化物（如NiO、Co₃O₄），这种阶梯式相变为选择性浸出创造了理想条件。

Conclusion
研究证实：在400℃以下，Li⁺与SO₄^2?结合形成水溶性Li₂SO₄；400-700℃高温段则使过渡金属硫酸盐"自我净化"为不溶性氧化物，这种智能温度响应机制不仅实现锂的选择性提取（浸出率>90%），还将SO₂排放量降低37%，为废旧电池的"分子手术"式回收提供了新范式。