类型a：学术研究报告

一、研究团队与发表信息
本研究的通讯作者为Xiao Li（湖南工业大学冶金与材料工程学院），合作作者包括Pengcheng Liu、Yiwei Tang（广东清远佳值新材料研究院有限公司）等。研究成果发表于期刊《Vacuum》2018年第156卷，标题为《Resynthesis and electrochemical performance of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 from spent cathode material of lithium-ion batteries》。

二、学术背景与研究目标
随着锂离子电池（LIBs）在便携式电子设备和新能源汽车中的广泛应用，其废弃量逐年增加。废弃LIBs不仅含有有毒金属（如钴、镍、锰），还蕴含高品位二次资源。传统湿法冶金回收工艺复杂且成本高，亟需开发高效、环保的再生方法。

本研究旨在通过还原焙烧-两步浸出-共沉淀-固相烧结的创新工艺，从废弃LIBs正极材料中再生高性能层状氧化物LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（简称LNCM），并评估其电化学性能。目标包括：
1. 实现锂的选择性回收与其他金属的高效共沉淀；
2. 验证再生LNCM的结构与电化学性能可媲美商业产品；
3. 为废弃LIBs的资源化提供短流程、低成本的解决方案。

三、研究流程与方法
1. 材料回收与预处理
- 还原焙烧：将90%废弃正极材料（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2）与10%炭黑混合，在氩气氛围中600℃焙烧0.5小时，使高价金属还原为低价态（如Ni→NiO/Ni，Co→Co，Mn→MnO），锂转化为水溶性Li2CO3。
- 两步浸出：
- 水浸（25℃，液固比30:1 mL/g）：选择性提取Li2CO3，锂浸出率93.18%；
- 酸浸（90℃，4M H2SO4，液固比10:1 mL/g）：溶解Ni、Co、Mn，浸出率分别为93.33%、97.78%、98.77%。
- 蒸发结晶：水浸液在90℃浓缩结晶，获得高纯Li2CO3（XRD验证无杂质峰）。

1. 共沉淀与固相烧结

   • 共沉淀：调整酸浸液成分配比（Ni:Co:Mn=5:2:3），在55℃、pH 10.7–10.8条件下，以NaOH和氨水为沉淀剂，反应30小时生成Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2前驱体（SEM显示球形颗粒，粒径约6 μm）。
     
   • 固相反应：前驱体与Li2CO3（Li/金属摩尔比1.05）混合，先500℃预烧5小时，再850℃烧结15小时（空气氛围，升温速率5℃/min），得到再生LNCM。
     

2. 表征与电化学测试

   • 物理表征：XRD证实再生LNCM具有典型的α-NaFeO2层状结构（R3m空间群），(003)/(104)峰强度比1.27（商业产品为1.52），表明阳离子混排程度低；SEM显示球形形貌与商业产品一致；EDX和ICP-OES验证元素组成符合设计比例（Li1.034Ni0.532Co0.197Mn0.333O1.98）。
     
   • 电化学测试：
     
     • 首次放电容量：172.9 mAh/g（0.2C，2.5–4.3 V），库仑效率87.15%（商业产品为179.6 mAh/g，效率87.67%）；
       
     • 循环性能：50次循环后容量保持率93.08%（商业产品为91.35%）；
       
     • 倍率性能：在0.2C–2C范围内容量与商业产品相当，恢复至0.2C时容量恢复率96.52%；
       
     • 电化学阻抗（EIS）：电荷转移电阻（Rct）为92.31 Ω，略高于商业产品（82.26 Ω），但导电性接近。
       

四、研究结果与逻辑关联
1. 还原焙烧-水浸步骤成功分离锂与其他金属，为后续酸浸提供纯净原料；
2. 共沉淀直接利用混合酸浸液，避免了传统工艺中复杂的金属分离步骤；
3. 固相烧结后材料的结构与电化学性能接近商业产品，证明工艺可行性。

五、结论与价值
1. 科学价值：提出“选择性提锂-协同回收过渡金属”新思路，为复杂多金属废弃物的再生提供理论参考；
2. 应用价值：工艺简化（无需溶剂萃取）、成本降低（减少试剂消耗），适合工业化推广；
3. 环境效益：实现有毒金属回收与高值材料再生，助力循环经济。

六、研究亮点
1. 创新工艺：首次将还原焙烧与共沉淀结合，直接再生LNCM；
2. 性能优异：再生材料容量保持率优于商业产品；
3. 短流程设计：省略传统湿法冶金中的多步分离，提升效率。

七、其他发现
- 微量杂质（如Mg、Ti）可能通过掺杂效应提升材料性能；
- 拉曼光谱（A1g和Eg振动模式）证实再生LNCM的局部原子环境与商业产品一致。

本研究为废弃LIBs的高效回收与材料再生提供了可靠的技术路径。