Angew. Chem. ：利用废旧锂离子电池电解液制备高性能石榴状氟化铜正极材料

随着锂离子电池（LIBs）的大规模应用，每年将产生大量废旧锂离子电池，如何以清洁高效的方式实现其回收和再利用对社会构成了挑战。与传统过渡金属氧化物相比，过渡金属氟化物表现出金属-氟化物键的高离子特性，因此具有更高的氧化还原电位，作为锂离子电池正极材料时能展现更高的放电平台。在各种金属氟化物中，氟化铜（CuF₂）因其高理论容量（528 mAh g^-1）和氧化还原电位（~3.55 V），是极具前景和竞争力的正极材料。然而，CuF₂具有一些不足，阻碍了其大规模的应用，主要体现在：1）高电负性导致的大带隙和固有的低电导率。2）使用高度污染和危险的氢氟酸作为原材料，导致复杂且成本高的合成过程。3）循环过程中体积变化大。4）在有机电解质中稳定性差（易溶解）。

近日，东北师范大学李英奇副教授、谭华桥教授、李阳光教授和吉林大学郎兴友教授合作，使用废旧锂离子电池含氟电解液作为溶剂，通过简便的溶剂热方法原位氟化具有高导电性的三维多孔泡沫铜，再用交联的海藻酸钠（SA）层对其进行包覆，合成具有石榴结构的高性能CuF₂@void@SEI@SA正极材料。

CuF₂@void@SEI@SA复合电极的结构在锂离子电池应用中具有独特的优势。首先，CuF₂@void@SEI@SA电极原位锚定在多孔泡沫铜基底上，改善了材料整体的电子传输性能。其次，在溶剂热过程中，CuF₂纳米颗粒同时被有机电解液分解的SEI保护层包覆，形成核壳结构，在充放电过程中可以有效缓解内部CuF₂纳米颗粒的体积变化。另外，为了避免在充放电过程中内部CuF₂纳米颗粒进一步溶解到电解液中，通过在CuF₂@void@SEI表面包覆SA层，抑制CuF₂纳米颗粒在有机电解液中的进一步溶解，保证了复合电极的稳定性。

有趣的是，通过控制溶剂热处理时间可以轻松调节内部CuF₂核的大小。随着时间的延长（1小时、6小时和12小时），内部CuF₂纳米颗粒的尺寸逐渐减小，直到完全消失。在CuF₂核和SEI壳层之间创造适当的空隙有助于缓解CuF₂的体积变化并延长电极的寿命。

最终，CuF₂@void@SEI@SA复合电极在锂离子电池应用中表现出较高的容量，优异的倍率性能和出色的循环稳定性。该工作符合绿色环保的发展理念，为实现社会效益、环境效益和经济效益的统一提供了一种新策略。

论文信息

High-Performance Pomegranate-Like CuF2 Cathode Derived from Spent Lithium-Ion BatteriesDr. Xianggang Zhou, Dr. Shanshan Xiao, Dr. Dan Yang, Prof. Yingqi Li, Dr. Ruiqi Yao, Prof. Xingyou Lang, Prof. Huaqiao Tan, Prof. Yangguang Li, Prof. Qing Jiang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202409255