碳硫协同焙烧驱动废旧三元锂离子电池中锂的选择性可持续回收

本文提出了一种基于"C/S协同焙烧-水浸"（Carbon/Sulfur co-roasting）的创新工艺，通过Na2S与石墨协同作用，在700℃下将NCM523正极材料中的锂选择性转化为水溶性NaLiS，同时使Ni、Co、Mn转化为不溶性的Ni3S2/Co3S4/MnO，实现锂回收率98.57%而过渡金属浸出率<1%。该工艺避免了传统火法（Pyrometallurgy）和湿法（Hydrometallurgy）的高能耗与污染问题，为废旧LIBs（锂离子电池）的绿色回收提供了新思路。

　　

Highlight

碳硫协同焙烧驱动的锂选择性回收新策略

材料与方法

实验采用18,650型废旧三元锂电池（NCM523正极），经放电、拆解后获得黑粉（Black mass）。以Na₂S·9H₂O为硫源，石墨为碳源，通过调控Na₂S/NCM523摩尔比（1.5:1）、石墨含量（17.5 wt%）、焙烧温度（700℃）和时间（90 min）等参数优化反应条件。

选择性回收机制

在焙烧过程中，NCM523的层状晶体结构被破坏，锂以NaLiS形式释放（水溶性），而Ni、Co分别转化为Ni₃S₂和Co₃S₄，Mn则变为MnO（均不溶于水）。XRD与SEM-EDS证实，该过程避免了SO_x排放，实现了"硫元素闭环"。

结论

这种"C/S协同焙烧-水浸"工艺通过精准控制硫/碳配比，在温和条件下（相比传统火法降低200-300℃）实现了锂的高效选择性回收（98.57%），同时将过渡金属固定在渣相中，为废旧电池回收提供了"原子经济性"新方案。