项目团队提出了一种利用铝杂质作为可控掺杂剂修复失效三元材料过渡金属元素空位,获得高循环稳定性再生三元材料的直接再生方法。通过熔盐反应实现对锂元素的补充和铝杂质的分解,并通过后续的热修复反应恢复三元正极材料晶格并进行铝元素掺杂改性,再生修复后的三元材料结构和性能可恢复到循环使用前的水准。
本成果利用铝修复三元材料晶格中的过渡金属元素空位可以避免常规直接修复过程使用多种补充元素导致的“元素错位”;废旧电极粉料中铝杂质的功能化利用,可以显著简化分离和除杂步骤,降低直接再生的生产成本;失效三元材料结构中镍、钴和锰元素空位的铝元素补偿有望获得稳定的层状结构,从而使再生三元材料获得额外的性能优势。
本工作通过熔盐反应实现对锂元素的补充和铝杂质的分解,并通过后续的热修复反应恢复三元正极材料晶格并进行铝元素掺杂修复。第一步的熔盐反应对废旧三元材料进行锂元素补充,同时高温熔盐将铝杂质颗粒转化为氢氧化铝涂层沉积在三元材料颗粒表面;在第二步的热修复过程中,表面的铝元素进入过渡金属层,填充元素空位获得铝元素掺杂的再生三元材料。