英文原题：Recycling garnet-type electrolyte toward superior cycling performance for solid-state lithium batteries
通讯作者：黄永宪，哈尔滨工业大学
作者：Zhiwei Qin（秦志伟）, Yuming Xie（谢聿铭）, Xiangchen Meng（孟祥晨）, Delai Qian（钱德来）, Dongxin Mao（冒冬鑫）, Xiaotian Ma（马潇天）, Cheng Shan（单承）, Jialin Chen（陈佳霖）, Long Wan（万龙）, Yongxian Huang（黄永宪）
以石榴石型电解质为基础的固态电池具有高安全性、高能量密度等优势，具有极大的商业化应用潜力。在如今“碳达峰、碳中和“的时代背景之下，电池的回收问题引起广泛关注。传统的回收手段包括火法冶金、湿化学法冶金等，这些类方法在实现回收的同时不仅会引起能源的大量消耗，而且会对环境造成二次伤害。若实现固态电池中核心组件固态电解质的高效、绿色、无污染回收，将在环境保护、节约能源等方面展现出巨大的应用价值及意义。
近日，哈尔滨工业大学黄永宪教授课题组采用形变驱动技术对使用过的固态电解质进行回收处理，该技术可在短时间内施加强扭转力与高压力，强形变作用可使电解质颗粒完全破碎，并得到高预压实密度的素胚。完全破碎的电解质颗粒具有较高的烧结活性，有利于晶粒融合并促进对锂源的吸收作用。同时，强形变促进了石榴石型固态电解质由四方相到立方相的转变过程，且抑制了锂/氢置换过程，得到的纯立方相固态电解质具有连续、均匀且稳定的晶间界面，离子电导率达到3.55×10-4 S·cm-1，致密度达到95.6%。此外，利用形变驱动技术回收的固态电解质组装了锂对称电池，临界电流密度达到1.24 mA·cm-2，在0.1 mA·cm-2电流密度下可稳定循环900h，并未出现明显极化现象。组装的磷酸铁锂固态电池经过400圈循环后容量保持率仍达到89.7%（0.5C），证明了回收后固态电解质的电化学性能优异，同时表现出形变驱动技术在回收石榴石型固态电解质的应用价值。该文章以“Recycling garnet-type electrolyte toward superior cycling performance for solid-state lithium batteries“为题发表在国际顶级期刊Energy Storage Materials （IF=17.789）上（DOI：10.1016/j.ensm.2022.04.024）。哈尔滨工业大学在读博士生秦志伟，谢聿铭讲师，孟祥晨副研究员为本文的共同第一作者，黄永宪教授为本文的通讯作者。
石榴石型固态电解质（Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12，LLZTO）是目前综合性能最优的无机固态电解质之一。随着未来固态电池的商业化应用，作为固态电池核心构件的固态电解质，其回收问题将吸引广泛关注。为实现固态电解质高效、绿色回收，作者提出基于形变驱动技术的固态电解质回收方法，如图1所示。
如图2a-c所示，形变驱动路径得到的固态电解质具有纯立方相，而传统球磨路径由于其较弱的破碎作用，会保留大部分未破碎颗粒，烧结活性差，在再烧结过程中不易吸收锂源，导致四方相的形成。透射电镜下也发现形变驱动路径后颗粒保持纯立方相（图2d-f）。形变驱动路径后完全破碎颗粒达到10μm以下，相对于球磨路径后50μm以上的未完全破碎颗粒，具有较高的烧结活性，DSC/TG实验证明这一点，如图3a-d所示。最终得到形变驱动路径后再烧结的固态电解质电导率为3.55×10-4 S·cm-1，约为球磨路径后的3倍（图3e、f）。
如图4拉曼面扫显示，相比于球磨路径后回收的固态电解质，形变驱动路径得到的固态电解质晶粒分布更加均匀、连续，锂源吸收更加充分，无明显分隔界面。
如图5所示，采用形变驱动再烧结后的固态电解质组装磷酸铁锂固态电池，在0.5C的倍率下循环400周后容量保持率89.7%，在0.2C-2C之间测试倍率性能稳定，表现出优异的电化学循环及倍率性能。
综上所述，基于形变驱动技术的固态电解质回收方法可得到完全破碎颗粒，具有较高的烧结活性，加速锂源的吸收和晶粒间的融合。同时强形变作用可促进石榴石型固态电解质由四方相到立方相的转变过程，且抑制了锂/氢置换过程，得到的纯立方相固态电解质具有连续、均匀且稳定的晶间界面。回收后的固态电解质离子电导率达到3.55×10-4 S·cm-1，组装的磷酸铁锂固态电池可在0.5C的倍率下循环400周。容量保持率89.7%。证明形变驱动技术在回收固态电解质方面具备高应用价值，是提高电池行业环境亲和性和经济可行性的有效途径。