【研究背景】
锂电池是驱动新能源汽车、消费电子和储能系统的核心动力单元，尤其是以LiCoO2（钴酸锂）为代表的电池正极材料，因其高能量密度和稳定性广泛应用于智能手机和笔记本电脑等场景中。
但与此同时，由于全球锂、钴等战略金属高度集中，回收利用迫在眉睫。考虑到废旧锂电池含有丰富的金属资源，是关键金属回收的“城市矿山”， 然而传统回收工艺普遍存在能耗高、过程复杂、污染严重、回收纯度低等问题，难以支撑可持续规模化再利用。
废旧钴酸锂正极中金属钴和锂资源虽可回收，但如何在保留其晶体结构与电化学性能的同时实现快速、低能耗的再生，一直是技术瓶颈。
目前主流方法如高温煅烧或湿法浸出：
·🔥 需要较高温度（>800 °C）和长时间（>10 h）处理
·💧 消耗大量水与化学试剂，副产物处理复杂
·⚠️ 无法恢复正极材料完整结构，导致再生电池性能下降
因此，如何高效、环保、低成本的回收电池正极材料是目前亟待解决的环境问题。
【工作简介】
近期，莱斯大学James M. Tour院士团队联合麻省理工学院李巨教授、科尔万大学赵玉峰教授，提出了一种全新闪速电热再生方法：仅需30秒加热，即可重构退化的LiCoO2晶体结构，实现电池正极高效修复，回收后的电池正极材料在~4.6 V高电压条件下循环稳定性甚至超越新品。该研究成果以“Rapid electrothermal rejuvenation of spent lithium cobalt oxide cathode”为题，发表于国际顶级期刊《Energy & Environmental Science》。莱斯大学博士后程熠博士、莱斯大学博士毕业生陈进航博士、陈蔚寅博士（现麻省理工学院博士后）为论文的共同第一作者，程熠博士、莱斯大学James Tour教授、麻省理工学院的李巨教授和科尔万大学赵玉峰教授为论文通讯作者。
【内容表述】
在实现废旧锂离子电池正极材料（如LiCoO2）的高效再生过程中，材料结构的完整性与电化学性能的恢复是两大核心挑战。传统湿法或热处理方法耗时耗能，产生大量的二次污染，且伴随着原本电极结构的破坏。为此，本文提出一种基于快速电热处理（Joule Heating）与表面微量掺杂协同作用的再生策略，其设计逻辑如下：
电热处理（~30秒）：利用电流瞬时通过材料产生焦耳热，实现快速升温与降温，有效修复材料缺陷；
异质原子掺杂：掺杂金属离子可稳定 Co-O层间结构，抑制晶体坍塌与氧释放，提升循环稳定性；
干法工艺，无需溶剂与水参与：避免传统湿法中存在的复杂中和、干燥步骤，具有更强工业兼容性和绿色优势。
最终，该工艺不仅恢复了LiCoO2的完整层状结构，还使再生材料在高截止电压（4.6 V）下表现出出色的循环性能，展现出结构修复+表面调控的协同优势。
图1. 快速电热修复锂电正极材料的基本过程。
研究团队巧妙利用市售弧焊机作为电源，结合中空结构的碳毡作为电热反应器，打造出一个可控、快速、稳定的电热修复平台。 这种装置不仅能在分钟级完成加热，还能灵活调节温度，实现精准控制。温度依赖的XRD实验表明，在700°C以上，锂离子的重新嵌入以及Mg/Al掺杂才真正发生，揭示了这项工艺背后精准热管理的关键性。
图2. 再生LCO结构表征。
通过电热快速处理，废弃LCO晶体缺陷和氧空位被有效修复，Co2+也成功被重新氧化为高价态Co3+，恢复了理想的化学环境。进一步的ICP测试结果显示，处理后LCO中Li/Co的原子比回归至1:1，这也直接证明了该方法在补锂修复与结构重构方面的高效性与精准性，为性能恢复奠定了坚实基础。
图3. 再生LCO电池性能测试。
电化学性能测试表明，再生后的LCO在高电压区间（3.0–4.6 V）依旧表现出优异的循环稳定性，初始容量高达203 mAh/g，在0.2 C倍率下循环200次仍可保持84%容量。通过CV与GITT分析发现，该材料的锂离子迁移效率甚至优于商用LCO；原位XRD进一步揭示，掺杂后的材料在高电压下结构更加稳定，真正实现了“从回收到升级”的性能飞跃。
图4. 快速电热过程的生命周期和技术经济分析。
生命周期和技术经济分析结果显示，这项快速电热回收得技术不仅具有低成本、高效率、无溶剂、优异性能等多重优势，更在经济效益上表现亮眼。研究显示，每处理1公斤废旧电池的成本仅为0.87美元，相较传统方法降低了42%–87%。更重要的是，基于再生后的高电压LiCoO2正极材料，该方法每公斤可带来约18.8美元的利润，展现出极高的商业化潜力与推广价值。
核心结论
这项快速电热修复技术不仅打破了传统废旧电池回收低效、高污染的瓶颈，更通过微量掺杂策略，实现了材料性能的跨越式提升。随着技术持续演进，一条绿色、高效、智能化的锂电回收新路径正在加速铺展，为全球电动化转型与可再生能源发展注入强劲动能。
来源：能源学人
【文献详情】
Yi Cheng, Jinhang Chen, Weiyin Chen, et al.Rapid electrothermal rejuvenation of spent lithium cobalt oxide cathode.Energy & Environmental Science, 2025, DOI: 10.1039/D5EE00962F.
第一作者：程熠、陈进航、陈蔚寅
通讯作者：程熠、James M. Tour、赵玉峰、李巨
DOI: 10.1039/D5EE00962F
原文链接：pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2025/EE/D5EE00962F
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