东北大学李犁教授团队最新ESM研究

近日，东北大学李犁教授团队在能源材料领域国际权威期刊《Energy Storage Materials》上发表最新研究成果，提出了一种基于“以废治废”理念的闭环升级再生（Closed-loop Upcycling）策略，实现了对失效钴酸锂（LiCoO₂）正极材料的高性能再生。该策略以二次寿命终止的磷酸铁锂（LiFePO₄）正极为资源，通过低成本化学浸出与一步固相烧结过程，同时完成锂离子补充、结构修复及Fe掺杂三重调控，使低价值LiFePO₄废物成为高价值LiCoO₂再生的关键功能来源。得益于该策略精准的化学计量补偿、晶格重构以及高效掺杂调控，升级再生后的Fe掺杂LiCoO₂在4.5 V高电压展现出优异而稳定的电化学性能，优于商业LiCoO₂材料及多数现有再生策略。本研究为多组分锂离子电池正极材料的协同回收与高值化再生提供了全新的技术路径。

随着新能源产业的快速崛起，锂离子电池的需求持续扩张，与之伴随的是不断攀升的退役电池数量。当前，钴酸锂（LiCoO₂）因其在3C电子领域的大规模应用而形成庞大的退役规模，其生产与再制造过程消耗了全球约70%的钴资源，高效回收对缓解资源紧缺与降低环境负担具有重要意义。与此同时，磷酸铁锂（LiFePO₄）电池以其安全性与长寿命优势在储能与电动车领域广泛应用，其退役量同样迅速增长。然而，LiFePO₄的经济价值较低，常规回收技术难以形成正向循环，导致资源利用率偏低。

在此背景下，本研究团队提出了一种闭环升级再生策略。以失效LiCoO₂材料为主体，以二次寿命终止的LiFePO₄作为补锂剂与掺杂剂来源。通过对LiFePO₄浸出获得的Li₂CO³与Fe(OH)₃进行组合调控，在一步固相烧结过程中同步完成失效LiCoO₂内部的锂离子补充、晶格修复与Fe掺杂。其中，Li₂CO₃作为锂源有效补充了D–LCO中的锂空位，解决了长期循环后普遍存在的锂亏损问题；Fe(OH)₃在高温下实现均匀掺杂，在保持原有层状结构的前提下增强结构稳定性，抑制高电压下的H2-M1-H3相变，提升了再生材料的结构稳定性。得益于上述结构调控，再生的Li₂CO₃材料在0.2 C倍率下放电容量达201 mAh g⁻¹，在3 C倍率下循环200次后容量保持率仍达86.8%。技术经济评估表明，本策略在能耗、水耗、温室气体排放及经济收益方面均优于现有主流回收方法，展现出良好的工业前景与可持续发展潜力。

李犁，东北大学冶金学院教授、博导、所长，可再生能源转换与储能团队负责人，英国皇家化学会会士，入选国家万人计划-科技创新领军人才，国家高层次人才计划-青年项目（四青），辽宁省兴辽英才计划，沈阳市杰出人才等，H index>50，担任中国有色金属学会熔盐化学与技术委员会委员等多个国内及国际专业委员会副主任及委员等；以通讯作者在National Science Review, Chem, Matter, PNAS, JACS, Angew, Chemical Society Reviews, Energy & Environmental Science、Science Bulletin等国内与国际著名学术期刊发表SCI论文100余篇，多次入选“全球前2%科学家”榜单等高被引科学家榜单；担任国家科学评论National Science Review学科编辑组成员，冶金顶刊Metallurgical and Materials Transactions A评审委员会主席，Metallurgical and Materials Transactions B、Materials Horizons、Nanoscale Horizons、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Sustainable Materials and Technologies等10余本国内外学术杂志副主编/编辑/编委等。先后获得英国皇家化学会青年奖、国际材料学会科学奖、荣程祥青科研创新奖等国内及国际奖项20余项。主要研究方向为：1）新能源存储（锂电池、钠电池、Li-S电池、超级电容器、水系电池及其他能源存储形式）及器件制备；2）冶金物理化学与冶金新材料；3）电催化/光催化以及绿氢制备技术；4）电池回收及固体废弃物资源回收与利用等。