直接回收技术能够有效解决废旧锂离子电池所造成的环境污染以及资源浪费问题。然而，通过直接回收技术修复的LiNi₀.₅Co₀.₂Mn₀.₃O₂（NCM）黑粉循环寿命并不理想，这归因于在充放电过程中过渡金属（TM）原子的面内和面外迁移所导致的尖晶石/岩盐相的形成以及旋转堆垛层错。在修复过程中将局域晶格应力引入到再生正极中。
由此产生的应力梯度致使声子模式局域化，并改变了材料的声子色散关系，降低正极材料中TM─O共价键的弯曲和伸缩振动频率，抑制TM原子的迁移以及缺陷结构的形成。
结合实验及理论计算证实，引入的Mo原子所产生的局域晶格应力导致声子模式局域化，并进一步改变了阴极材料的声子色散关系，降低了TM─O共价键的振动频率，阻止了TM原子的面内和面外迁移，抑制循环过程中裂纹/尖晶石/岩盐相的形成，稳定正极材料的晶格结构，最终实现了再生正极良好的循环性能。
图1. 废旧正极修复过程及结构表征
总之，该工作利用有机-无机复合熔盐LiOH-LiNO₃-LiC₇H₅O₂实现了对废旧正极黑粉的有效再生，并且在修复过程中通过掺杂Mo元素将局域晶格应力引入到再生阴极中。综合表征及理论计算表明，由局域应力所产生的应力梯度的引入使声子模式局域化，改变了正极材料固有高频振动的声子色散关系，降低了充放电过程中TM─O共价键的弯曲振动和伸缩振动频率，同时抑制了因TM原子面内和面外迁移而形成的诸如尖晶石/岩盐以及裂纹等缺陷结构的产生。
基于此，经过700次循环后，这种回收再生的正极材料的容量保持率接近70%。因此，该研究为废旧正极黑粉的回收再利用以及制备具有良好结构稳定性和稳定循环性能的正极材料提供了一种设计思路。
图2. SNCM、RSNCM以及LPDR-RSNCM的电池性能
Low‐Frequency Phonon Dispersion Relation Enabling Stable Cathode from Spent Lithium‐Ion Batteries， Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202413753