【LiCoO2回收】N C：利用废LiCoO2对废聚酯进行从坟墓到摇篮的光热升级循环—Xiangxi Lou
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【作者单位】
苏州大学；哈尔滨工程大学；中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所；加州大学圣地亚哥分校
抽象的
锂离子电池 (LIB) 和塑料是现代社会的重要组成部分；然而，它们的不断增长的产量对资源可持续性和生态系统完整性构成了巨大挑战。在这里，我们展示了将废旧钴酸锂 (LCO) 阴极转化为光热催化剂，该催化剂能够催化各种废旧聚酯升级再造为高价值单体。
废弃 LCO 中独特的锂缺乏导致 Co−O6 晶胞收缩，从而使单体产量比原始 LCO 增加 10.24 倍。全面的生命周期评估强调了使用废弃 LCO 作为光热催化剂的经济可行性，产生的回报为 129.6 美元·kgLCO−1，超过传统电池回收的回报（13–17 美元·kgLCO−1）。太阳能回收 100,000 吨 PET 可减少 3.459 倍的电力消耗和 38,716 吨的温室气体排放。
这项工作揭示了管理废旧锂离子电池和塑料的可持续解决方案。
【实验方法】
正极材料回收：
为了最大限度地降低拆卸过程中发生燃烧或爆炸的风险，我们将旧电池浸泡在饱和氯化钠溶液中 24 小时，以确保完全放电。然后，我们将完全放电的电池放入真空烤箱中以 60°C 的温度干燥 8 小时，并在手套箱中手动拆卸其组件。使用 DMC 对阴极胶带进行彻底清洁程序以去除残留电解质。彻底干燥后，将阴极板浸泡在 NMP 中 30 分钟，然后进行超声处理 20 分钟，以有效去除铝基板上的 LCO 粉末、粘合剂和炭黑。随后，我们对所得悬浮液进行离心（1360g×5min）。
将原料 LCO 粉末 (5.0 g) 放入行星球磨机 (P-6 型) 中，以 5000 rpm 的转速进行球磨 5 小时。研磨过程在内容积为 50 ml 的氧化锆罐中进行，使用直径为 2 mm 的氧化锆球。为了保持最佳研磨条件，我们在整个研磨过程中保持样品和氧化锆球之间的重量比为 1:20。球磨后，用水清洗产品三次。在此过程中获得的最终 Li0. 为 4.8 g。
化学去除 Li0。
将40 g溶解于1.0 L 50 ℃蒸馏水中，配制成0.15 M过硫酸钾溶液，再将0.4893 g LiO2粉末加入25 mL过硫酸盐溶液中，在50 ℃下连续搅拌悬浮液不同时间，完成后以7104 g离心3 min，再用蒸馏水洗涤，干燥三次。
光热催化：
在装有插入式热电偶的自制反应器中，将0.5 g PET 薄膜、2.5 g EG 和 10 mg 催化剂混合在一起。随后，将反应器置于模拟阳光下，同时保持恒定的光强度 0.82 W cm−2 和固定的反应时间，并以 200 rpm 的速度继续搅拌。解聚过程之后，通过过滤分离 PET 及其低聚物以及催化剂。仔细称量所得混合物，并减去催化剂的质量以确定剩余的 PET 质量。所得滤液由含有残留 EG、单体和水的混合物组成。通过热过滤选择性分离 BHET。为了确保 BHET 完全结晶，将滤液放入 4°C 冰箱中 10 小时。随后，进行第二轮过滤以分离 BHET 晶体。 然后将收集的 BHET 滤饼放入 7±0°C 的烤箱中干燥 5 小时，然后称重。
【图片摘录】
【主要结论】
我们提出了一种废弃锂离子电池升级的新方法，其中提取电池正极材料作为光热催化剂，用于回收各种废弃聚酯。
在 0.82 W cm−2 模拟太阳光照射 30 分钟后，PET 转化率为 96.34%，纯度超过 99.5%。此外，该催化剂在十次回收试验中表现出很强的稳定性。进一步的户外实验、能耗评估和环境影响分析都强调了使用退役电池回收 PET 的有效性和环保性。经济分析表明，通过 PET 升级和回收生产 BHET 的 MSP 为 1.135 美元/千克，明显低于 BHET 的市场价格（1.60-1.98 美元/千克）。
本文所介绍的工作背后的核心灵感来自巴克敏斯特·富勒的愿景：“没有能源危机，只有无知的危机。”这一富有远见的概念是我们用废旧锂离子电池制造的精巧光热催化剂的基础。我们未来的研究工作将集中于彻底探索光对催化反应的影响。我们的目标是引入额外的光化学活化，以进一步提高催化效率和产品选择性。我们的研究表明，完全由自然阳光的聚焦能量驱动的高效废旧 LCO 催化剂具有巨大的潜力。仅由阳光驱动的催化剂表现出高反应性，作为一种可以留下负碳足迹的技术，前景广阔。此外，必须承认废旧电池的多样性。此外，探索磷酸铁锂 () 和镍锰钴氧化物 (NMC) 阴极的高值化利用也是必要和重要的。