近日，常州大學羅鯤教授課題組在Chemical Engineering Journal上發表題為“Green
recycling and regeneration of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 from spent lithium-ion batteries assisted by sodium sulfate electrolysis”的研究論文。論文展示了一種綠色閉環的廢舊鋰離子電池正極材料回收策略，利用電解技術與正極材料回收技術相結合的方法，有效實現了電池回收過程中污水零排放的目的。通過電解硫酸鈉溶液獲得硫酸和氫氧化鈉浸出劑，Al、Ni、Co、Mn和Li的浸出效率都在99%以上。利用回收來的有價金屬采用高溫固相法直接合成陰極材料，再生的陰極材料具有與商用陰極材料相當的電化學性能。最后，使用電解獲得的氫氧化鈉溶液中和酸性溶液，生成的硫酸鈉溶液可用于循環電解，形成廢舊LIBs的閉環回收，具有短流程、反應條件溫和、無固、液廢棄物排放等特點，展現出較大的經濟價值和應用前景。
【本文要點】
(1) 提出了一種基于Na2SO4電解的鋰離子電池綠色回收方法，該方法從電解硫酸鈉溶液中制備酸堿浸出劑，與傳統的浸出劑相比，具有濃度低、可操作性強、可循環利用等優點。在最佳條件下，Ni、Co、Mn、Li的浸出率均達到99%以上。鋁元素以氫氧化鋁沉淀法回收，純度超過99%。此外，硫酸鈉溶液電解過程中產生的高純氧和氫具有較高的附加值。
(2) 以回收的Ni、Co、Mn和Li為原料，采用碳酸鹽沉淀法制備了Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3前驅體和Li2CO3顆粒，進而采用高溫固相法合成了高純度的再生LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。再生的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2在第一次循環中具有高的放電比容量167.041 mAh g-1，倍率性能穩定，循環性能良好，可與商用LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正極材料相媲美。
(3) 用電解生成的NaOH中和酸性浸出液，生成可供電解使用的Na2SO4溶液，實現了該過程的閉環循環和污水零排放。最后，經初步計算，回收廢舊鋰離子電池三元正極材料每噸可獲得6992美元的經濟效益。
【文章鏈接】
“Green recycling and regeneration of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2
from spent lithium-ion batteries assisted by sodium sulfate electrolysis”,
Chemical Engineering Journal (2022).
doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135880