设计一种节能、安全的锂离子电池回收技术，对于锂离子电池在电动汽车和电网储能领域的持续应用至关重要。通过给废NMC补充损失的锂，正极材料可以重复使用来构建新的锂离子电池。即使在老化电池完全放电后，废NMC晶体结构中仍然存在大量的锂空位(VLi)，需要通过再生过程重新填充以获得原始容量。
1、补锂最简单的方法之一是在高温(>800°C)下用锂源(通常是LiOH或Li2CO3)对废正极进行固态烧结。该方法需要精确控制锂的量，以避免杂质相的形成。然而，废正极固有的成分不均匀性限制了NMC的VLi的准确量。
2、另一种选择是在中等温度(~220°C)下，使用密封在高压反应器(23 atm)中的浓缩锂溶液进行水热反应。与固态烧结不同，水热法对VLi不敏感，因为控制温度和压力可以确保即使在过量的Li下也具有高的相纯度。然而，增加高压容器的尺寸需要额外的安全措施和成本，这就需要降低反应温度。
3、最近，熔融盐合成被提出用于再生老化正极，其优点是使用适中的温度和环境压力。废NMC可以在一系列熔融硝酸盐、磺酸盐和碳酸盐中再生，然而，共晶熔盐的腐蚀性需要对反应器进行复杂且昂贵的防腐处理。鉴于之前直接再生方法的工业可行性有限，开发一种基于创新锂化机制的简单可扩展策略对于管理广泛使用的LIB至关重要
4、基于此，韩国科学技术研究院Minah Lee团队利用氧化还原电位介于阴极操作电位和过锂化电位之间的可回收电子供体(RED)，建立了从RED到正极的热力学控制的锂耦合电子转移，作为在室温干燥空气中直接再生废正极的可行途径。只需将废正极浸泡在再生溶液中，就能分别通过RED分子和锂盐的电子和锂离子转移，完全恢复缺锂正极的原始化学成分和容量。研究发现，在NMC运行电位和过锂化电位之间具有足够氧化还原电位的有机电子供体，如5,10-二甲基吩嗪(DMPZ)、二茂铁(Fc)和N, N ' -二苯基-对苯二胺(DPPD)，在含有锂盐的有机溶液中，如六氟磷酸锂(LiPF6)和二(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(LiTFSI)，促进了NMC的拓扑定向锂化。当NMC622的电势达到电子供体的氧化还原电势时，热力学驱动的锂化反应停止，防止了过锂化引起的结构降解。结果表明，再生后的NMC622恢复了原始晶格参数和可用容量，电化学性能与再生后的NMC622相当。此外，电荷转移反应可以普遍适用于各种缺锂正极的混合物和其他类型的正极，包括富镍正极NMC、LiFePO4 (LFP)、LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO)、LiCoO2 (LCO)。通过再生商用1-Ah软包电池的废旧正极，进一步证明了这种基于溶液的锂化方法的可扩展性。再生过程结束后，电子供体在溶液中与盐阴离子形成稳定的离子对，不发生化学分解，因此可以使用一般还原剂(Li2O2、Li2S)对用过的再生溶液进行可循环利用。这种循环性保证了LIB回收过程的成本和化学废物将至最低。这种前所未有的实用化电子供体正极再生方法将为开发可扩展和可持续的LIB正极再生技术铺平道路。相关工作以“Thermodynamically controlled chemical regeneration of spent battery cathodes using recyclable electron donors under ambient conditions”为题发表在国际顶级期刊Energy & Environmental Science 上。
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