废旧锂离子电池回收利用新方法：转化为催化剂用于氧析反应

废旧锂离子电池回收利用新方法：转化为催化剂用于氧析反应

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【论文链接】

【作者单位】

河北工业大学

抽象的

锂离子电池在电动汽车中的广泛使用预示着未来将出现一波废旧锂离子电池的退役潮。因此，废旧 LiNi 的回收利用引起了极大的关注，主要是因为资源的稀缺和环境污染的不利影响。然而，传统的回收技术如火法冶金和湿法冶金受其高能耗、高污染和复杂的分离过程的限制。在此，提出了一种新颖的通用方法，通过使用深共晶溶剂提取有价值的金属，然后使用草酸进行原位沉淀，最后在碱性溶液中进行自模板过程，将一系列废旧 LiNi1-x- (NCM) 正极转化为用于氧析出反应 (OER) 的 Ni-Co-Mn 氢氧化物 (NCM-OH) 催化剂。 利用废旧 LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2 正极材料制备的 NCM-OH 催化剂具有纳米片组装的微棒结构，比表面积大（385.8 m2 g−1），孔隙率高，具有丰富的活性位点和用于电催化反应和传质过程的气体通道。结果表明，在电流密度为 10 mA cm-2 时，NCM-OH 催化剂的过电位为 273 mV，Tafel 斜率为 50.46 mV dec-1，稳定性良好。通过比较不同的 Ni1-x-氢氧化物催化剂，评估了催化剂组成对催化性能的影响。

这项工作为回收废旧 LiPO 作为 OER 电催化剂材料提供了一种有前景的策略。

【实验方法】

材料准备：

将4.19g氯化胆碱(CHCL)和6.42g柠檬酸(CA)串联分散于乙二醇(33mL)和水(11mL)的混合溶剂中，得到DES溶液。将0.60g制备好的NCM正极原料加入到上述DES溶液中，90℃磁力搅拌2h，过滤，得到前驱体溶液(溶液a)。将2.52g草酸分散于乙二醇(12ml)和水(4ml)的混合溶剂中，形成溶液B。室温下将溶液B缓慢加入到溶液a中，不断搅拌直至得到悬浮液。将上述混合物转入内衬聚四氟乙烯的100ml不锈钢高压反应釜中，密封，在电炉中于180℃加热12h。 冷却至室温后过滤沉淀并用去离子水多次洗涤，60℃干燥12h，得到草酸NCM（NCM-oa）。随后将0.2g NCM-OA在室温下超声分散于50ml 1m KOH水溶液中5min。过滤后用去离子水多次洗涤，即制得NCM-OH催化剂。这里我们将NCMOH催化剂表示为用废弃LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2制备的样品。

将废弃的LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2分别命名为NCM-OH-955、NCM-OH-811、NCM-OH-613、NCMOH-523。为了进行比较，以六水氯化镍、六水氯化钴或（和）四水氯化锰（II）为原料金属源，制备了含有单元、二元或三元金属元素的氢氧化物，总量为6mmol。 得到的样品分别为Ni(OH)2、Co(OH)2、Mn(OH)2、Ni0.5Co0.5(OH)2、Ni0.5Mn0.5(OH)2、Co0.5Mn0.5(OH)2和Ni0.33Co0.33Mn0.33(OH)2

【图片摘录】

【主要结论】

本文成功开发了一种新的通用方法，通过深度共晶溶剂萃取 Ni、Co 和 Mn，然后进行草酸沉淀过程，最后在碱性溶液中进行自模板过程，将一系列废旧 LiNi1-x- 正极转化为氢氧化物 OER 催化剂。这种绿色合成方法避免了废旧 LiNi1-x- 正极回收过程中的金属分离问题，并获得了具有高 OER 催化活性的 NCM-OH 催化剂。

（1）由于纳米片组装的微棒结构具有较大的比表面积（385.8 m2 g−1）和高孔隙率，NCM-OH在碱性介质中对析氧反应表现出优异的催化性能。

（2）NCM-OH催化剂需要273 mV的过电位来驱动10 mA cm−2的电流密度，相应的Tafel斜率为50.46 mV dec−1。

（3）同时，NCM-OH催化剂在10 mA cm−2的电流密度下表现出20小时的优异的稳定性。

这项工作提出了一种绿色、多功能的策略，利用深共晶溶剂将废 LiPo 再生为 OER 电催化剂材料。

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