锂离子电池正极材料液相烧结诱导再生技术：实现NCM523到NCM622单晶颗粒的高效升级回收

为解决锂离子电池(LIB)回收过程中高压处理需求与再生材料粒径受限的难题，研究人员开发了直接暴露加热(DEH)技术，通过选择性调控反应动力学，在温和压力(～5 MPa)下将废NCM523转化为大尺寸单晶NCM622颗粒。该技术突破粒径与结构稳定性的传统权衡，电极密度达3.6 g/cm3，100次循环容量保持率94.4%，为LIB升级回收提供商业化可行策略。

　　

随着全球能源结构转型，锂离子电池(LIB)在电动汽车和可再生能源存储领域扮演关键角色。然而，LIB的8-10年使用寿命导致大量退役电池即将进入报废期，传统火法/湿法回收存在高能耗、环境污染等问题。更棘手的是，主流正极材料如LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)因镍含量低、二次颗粒形态导致能量密度不足，直接再生面临粒径增长与结构稳定性的固有矛盾。

为解决这一难题，Pukyong National University的Mingi Hwang、Jae Hong Choi等团队在《Joule》发表研究，提出直接暴露加热(DEH)新技术。该技术通过精确控制液相烧结(LPS)动力学，在温和压力下实现废NCM523向大尺寸单晶LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)的高效转化。研究创新性地利用LiOH熔体作为液相介质，通过消除非平衡加热阶段抑制副反应，使颗粒尺寸达8 μm的同时保持晶体结构完整性。

关键技术包括：1) 采用5 MPa温和压力预处理增强固液界面接触；2) 开发DEH工艺跳过传统加热阶段，直接进入900°C烧结温度区；3) 结合795°C二次热处理稳定结构；4) 通过SEM-EDS、XPS、XRD等多尺度表征验证材料性能。

【LPS方法】

研究发现LiOH熔体可渗透废NCM523的内部裂纹，形成扩展的固液界面层。DEH通过快速跳过460-900°C的非平衡区，将液相保留率从常规加热(CH)的11.5%提升至87.2%，使颗粒生长速率提高20倍。

【SLI层最大化】

5 MPa压力使LiOH覆盖率达98.3%，颗粒尺寸在300分钟等温处理后达8.4 μm。ICP显示DEH处理的Li/TM比保持1.096，而CH组因锂挥发降至0.95。

【性能对比】

DEH制备的NCM622(DEH-U622)阳离子混排仅3.2%，远低于CH-U622(6.7%)。XPS证实其氧空位浓度(3.7%)仅为CH组(6.5%)的一半，TEM显示全断面保持层状结构。

【电化学表现】

DEH-U622电极密度达3.6 g/cm³，体积能量密度1921 Wh/L。45°C/4.5V苛刻条件下，100次循环容量保持率94.4%，且湿度储存测试中杂质层厚度比CH组薄8 nm。

该研究通过热力学与动力学协同调控，解决了LIB再生领域长期存在的"粒径-稳定性"悖论。DEH技术无需高压造粒即可制备适用于双峰电极的大单晶颗粒，使完全由再生材料构建高密度电极成为可能。生命周期评估显示，该工艺可降低0.58 kg/kg的碳排放，为LIB可持续发展提供了兼具经济效益与环境效益的解决方案。