本文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是关于该研究的学术报告：

主要作者及研究机构

本研究由范二莎、李丽、林娇、张晓东、陈人杰和吴锋共同完成。作者来自北京理工大学材料学院和北京电动车辆协同创新中心。研究发表于2020年3月的《储能科学与技术》（Energy Storage Science and Technology）期刊第9卷第2期。

学术背景

随着锂离子电池需求量和产量的增加，退役电池的数量也急剧上升。退役电池中含有大量有价值的金属元素，但其回收过程常伴随二次污染和高能耗问题。传统的湿法冶金和火法冶金回收技术存在环境污染和能耗高的缺点。为了解决这些问题，本研究提出了一种绿色高效的回收方法，旨在通过低温煅烧与室温水浸技术，高效提取废旧镍钴锰酸锂（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，NCM）正极材料中的有价金属元素。

研究流程

研究主要包括以下几个步骤：

1. 废旧电池的预处理
   首先对废旧锂离子电池进行放电处理，将其置于饱和硫酸钠溶液中放电至2.5V以下，以防止拆解过程中发生短路。放电后，在通风橱中人工拆解电池，分离出正极、负极和隔膜等组件，并进行24小时通风处理。

2. 正极材料的剥离与混合
   将干燥后的正极片裁剪成1 cm×1 cm的小片，放入坩埚中，在600℃下煅烧5小时，使正极粉末从正极片上剥离。随后，按照不同的质量比（1:1~3.5:1）称取助熔剂氯化铵（NH4Cl）和正极粉末，在研钵中混合均匀。

3. 低温煅烧
   将混合后的粉末置于马弗炉中，在不同温度（200~500℃）下煅烧不同时间（10~60分钟），升温速率为5℃/min。煅烧过程中，氯化铵分解为NH3和HCl气体，与正极材料发生反应，将金属氧化物转化为金属氯化物。

4. 室温水浸
   按照固液比为50 g/L，向煅烧产物中加入去离子水，在磁力搅拌器上搅拌5~10分钟，直至溶液清澈。随后对溶液进行抽滤，得到滤渣与滤液。滤液用于电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测试，测定Li、Mn、Co和Ni的金属离子浓度，并计算其浸出率。

5. 材料表征
   通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）对煅烧前后的材料进行表征，分析其晶体结构、表面形貌和元素价态变化。

主要结果

1. 煅烧温度的影响
   在助熔剂与正极材料质量比为2:1、煅烧时间为30分钟的条件下，煅烧温度对金属离子浸出率有显著影响。200~350℃时，浸出率随温度升高而显著增加；350~500℃时，浸出率变化较小。最佳煅烧温度为350℃，此时金属离子的浸出率均超过90%。

2. 助熔剂与正极材料质量比的影响
   在煅烧温度为350℃、煅烧时间为30分钟的条件下，助熔剂与正极材料质量比对浸出率有显著影响。当质量比为3.5:1时，Ni、Co和Mn的浸出率均达到99%以上，Li的浸出率也超过97%。

3. 煅烧时间的影响
   在煅烧温度为350℃、助熔剂与正极材料质量比为3.5:1的条件下，煅烧时间对浸出率的影响较小。20分钟时，Li的浸出率达到97%以上，Ni、Co和Mn的浸出率均超过99%。

4. 材料表征结果
   XRD分析表明，煅烧后正极材料的层状结构消失，生成了金属氯化铵复合盐或氯化盐。SEM观察显示，煅烧后颗粒明显变小，主要为片状和棒状物质。XPS分析表明，煅烧过程中Co和Mn的价态降低，Ni的价态未发生变化。

结论

本研究提出了一种以氯化铵为助熔剂的低温煅烧与室温水浸复合技术，用于高效回收废旧锂离子电池三元正极材料中的有价金属。在最佳条件下（煅烧温度350℃、助熔剂与正极材料质量比3.5:1、煅烧时间20分钟），Li、Ni、Co和Mn的浸出率分别达到97%和99%以上。该方法避免了酸碱试剂的使用，具有低能耗、环境友好和操作简单的优点，极具工业化应用前景。

研究亮点

1. 高效回收：在低温条件下实现了金属离子的高效浸出，浸出率均超过97%。
2. 环境友好：避免了传统湿法冶金和火法冶金回收技术中的二次污染问题。
3. 低能耗：煅烧温度显著低于传统火法冶金技术，降低了能耗。
4. 材料表征深入：通过XRD、SEM和XPS等多种表征手段，深入阐明了金属离子的相间转化与动力学机理。

研究价值

本研究为退役锂离子电池的绿色高效回收提供了一种新方法，不仅能够减少环境污染，还能为锂离子电池的生产提供原材料，促进锂离子电池产业的闭环可持续发展。该技术在能源强度和工业可操作性方面均优于传统回收技术，具有广泛的应用前景。