The Fischer‐lactonization‐driven mechanism for ultra‐efficient recycling of spent lithium‐ion batteries

浸出(土壤学) 化学 螯合作用 湿法冶金 离解(化学) 无机化学 离子 质子化 溶解 化学工程 硫酸 有机化学 工程类 环境科学 土壤科学 土壤水分
作者
Miaomiao Zhou,Ji Shen,Yinze Zuo,Ruiping Liu,Jianjun Zhao,Guangmin Zhou
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202414484
摘要

Hydrometallurgy remains a major challenge to simplify its complex separation and precipitation processes for spent lithium‐ion batteries (LIBs). Herein, we propose a Fischer‐lactonisation‐driven mechanism for the cascade reaction of leaching and chelation of spent LIBs. Citric acid undergoes a two‐step dissociation of the carboxylic acid (‐COOH) and complexes with the leached metal ion, while the residual ‐COOH is attacked by H protons to form a protonated carboxyl ion (‐COO^‐). Subsequently, the lone pair of electrons in the hydroxyl of the same molecule attack the carbon atom in ‐COO^‐ to facilitate ester bonding, leading to the formation of a lactonized gel. The leaching rates of Li, Ni, Co and Mn are 99.3, 99.1, 99.5 and 99.2%, respectively. The regenerated monocrystalline LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM523) has a uniform particle size distribution and complete lamellar structure, with a capacity retention rate of 70.6% after 250 cycles at 0.5 C. The mechanism achieves a one‐step chelation reaction, and the energy consumption and carbon emissions are only 26% and 44%, respectively, of that of the conventional hydrometallurgical. The strategy achieves a double breakthrough in simplifying the process and improving environmental friendliness, offering a sustainable approach to the re‐utilization of spent LIBs.
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