废旧锂离子电池中锂的优先选择性提取：悬浮焙烧氢-碳协同还原新策略

《Separation and Purification Technology》：Priority selective extraction of lithium from spent LiNi xCo yMn (1-x-y)O 2: hydrogen?carbon synergistic reduction by suspension roasting

　　本刊推荐：本研究创新性地采用氢-碳协同还原（H2-C co-reduction）结合水浸工艺，通过精准调控还原产物形态，实现废旧三元锂电池黑粉中锂的高选择性提取（99.87%回收率）。该技术通过H2诱导氧空位引发晶格坍塌，使锂转化为水溶性LiOH/Li2CO3，同时抑制过渡金属（TMs）溶出，为可持续电池回收提供了新范式。

　　

Highlight

本研究利用氢-碳耦合悬浮焙烧与水浸工艺，成功将黑粉中的锂选择性转化为水溶性化合物（Li₂CO₃或LiOH）。通过热力学模拟与表征分析（X射线衍射/XRD、X射线光电子能谱/XPS、扫描电子显微镜/SEM、飞行时间二次离子质谱/TOF-SIMS）的系统结合，我们深入揭示了焙烧过程中锂迁移机制及其与过渡金属（TMs）的相互作用。氢-碳协同还原结合水浸工艺实现了近100%的锂选择性回收，显著提升锂提取效率的同时最大限度降低杂质离子污染。该方法兼具高效、快速与环境兼容性，为废旧锂离子电池（LIBs）的工业化回收提供了可行方案。

Materials and reagents

本研究原料来源于废旧三元锂离子电池的黑粉。表1展示了该黑粉的化学成分，主要包含镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）、锂（Li）和铝（Al），其中镍含量17.62%，铝含量0.19%。此外，材料还含有大量石墨碳（41.3%）。图1显示的黑粉XRD图谱中，LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂被确定为主晶相。

Thermodynamic analysis

目前文献中尚未有关氢气还原LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂的热力学数据。先前研究表明正极材料的稳定结构在高温下会发生分解（如公式2所示）。还原过程中，H₂通过氧化还原反应与正极材料分解产生的金属氧化物发生作用，具体见公式3至8。这些反应的标准吉布斯自由能变（Δ_rG_m^θ）揭示了反应自发进行的趋势。

CRediT authorship contribution statement

Shuai Yuan： 调研，资金获取，形式分析。Haoyuan Ding： 评审编辑，原稿撰写。Wenzhe Wang： 软件，资源。Shunlin Lei： 软件，调研，数据整理。Zaizheng Dong： 可视化，软件，资源，概念化。Yulong Wang： 原稿撰写，方法论。Yuwen Tao： 资源，调研，概念化。

Declaration of competing interest

作者声明不存在已知可能影响本研究成果的竞争性财务利益或个人关系。

Acknowledgments

本研究得到中央高校基本科研业务费（项目编号N25ZLE005）、兴辽英才计划青年顶尖人才培养项目（编号XLYC2203167）、沈阳市中青年科技创新人才支持计划（编号RC231175）的资助。