Li+ Quasi‐Grotthuss Topochemistry Transport Enables Direct Regeneration of Spent Lithium‐Ion Battery Cathodes

阴极 电化学 化学工程 材料科学 锂(药物) 离子 电池(电) 无机化学 化学 电极 有机化学 物理化学 热力学 医学 功率(物理) 物理 工程类 内分泌学
作者
Kai Jia,Yujia He,Zhihong Piao,Zhenjiang Cao,Mengtian Zhang,Pengfei Li,Zhichao Li,Zhiyuan Jiang,Guorui Yang,Huan Xi,Guangmin Zhou,Wei Tang,Zhiguo Qu,R. Vasant Kumar,Shujiang Ding,Kai Xi
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202422610
摘要

Direct regeneration of spent lithium‐ion batteries offers economic benefits and a reduced CO2 footprint. Surface prelithiation, particularly through the molten salt method, is critical in enhancing spent cathode repair during high‐temperature annealing. However, the sluggish Li+ transport kinetics, which relies on thermally driven processes in the traditional molten salt methods, limit the prelithiation efficiency and regeneration of spent cathodes. Here, we introduce a special molecular configuration (benzoate) into molten salts that facilitates rapid Li+ transport to the surface of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM) via a quasi‐Grotthuss topochemistry mechanism, effectively avoiding the phase transitions that could adversely degrade the electrochemical performance due to insufficient lithiation during the repair process. Computational and experimental analyses reveal that the system enables fast Li+ migration through the topological hopping of benzoate in organic lithium salt, rather than relying solely on thermally driven diffusion, thereby significantly improving the prelithiation and repair efficiency of spent NCM cathodes. Benefiting from the quasi‐Grotthuss Li+ topochemistry transport, the degraded structure and Li vacancies in the spent cathode are effectively eliminated, and the regenerated cathode exhibits good cycling stability comparable to commercial counterparts. The proposed Li+ transport mechanism presents a promising route for the efficient regeneration of spent cathodes.
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