随着移动电子设备和电动汽车行业高速发展和锂离子电池服役规模不断扩大,如何高效回收利用废旧锂离子电池成为环境学科和资源循环领域的研究热点。基于湿化学法的废旧锂离子电池再生Li[NiCoMn]_1/3O₂,具有短流程、可持续的优点,是近年来提出的最具应用前景的废旧锂离子电池资源化方法之一。该方法虽能实现对废旧活性材料中Ni、Co、Mn的同时材料化,但仍需对再生体系中的主要杂质元素Cu、Al、Fe进行深度除杂,存在成本高和二次污染问题。如果将Cu、Al、Fe作为有益掺杂元素加以利用,则不仅可以进一步降低工艺成本、减少污染,也更符合资源循环和可持续发展的要求。为此,必须探明Cu、Al、Fe共掺杂对Li[NiCoMn]_1/3O₂的组织结构及电化学性能的影响。本课题以化学试剂为原料,系统研究了Cu、Al、Fe二元掺杂以及三元共掺杂对Li[NiCoMn]_1/3O₂的组织结构和电化学性能的影响。利用碳酸盐共沉淀法制备NiCoMn碳酸盐前驱体,按设定剂量配入Li和掺杂元素,经500°C×5h+900°C×12h焙烧分别得到Li[NiCoMn]_1/3O₂、Li[NiCu_x/3Al_2x/3Co_（1-x）Mn]_1/3O₂（x=0.02,0.04,0.05,0.06,0.07,0.08）、Li[NiFe_x/3Al_2x/3Co_（1-x）Mn]_1/3O₂（x=0.04,0.05,0.06,0.07,0.08）、Li[NiCu_x/2Fe_x/2Co_（1-x）Mn_1/3]O₂（x=0.04,0.05,0.06,0.07,0.08）和Li[NiCu_x/4Fe_x/4Al_x/2Co_（1-x）Mn]_1/3O₂（x=0.02,0.04,0.06,0.08）试样。采用扫描电镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）、粉末X射线衍射仪（XRD）、循环伏安法（CV）、电化学阻抗法（EIS）等分析测试方法,对实验制备的Li[NiCu_x/3Al_2x/3Co_（1-x）Mn]_1/3O₂、Li[NiFe_x/3Al_2x/3Co_（1-x）Mn]_1/3O₂、Li[NiCu_x/2Fe_x/2Co_（1-x）Mn_1/3]O₂和Li[NiCu_x/4Fe_x/4Al_x/2Co_（1-x）Mn]_1/3O₂试样的组织结构和电化学性能进行系统的研究分析。XRD结果显示,制备的锂离子电池正极材料具有良好的晶体结构,所有样品的特征衍射峰均与文献报道的α-NaFeO₂的特征峰一致,未见明显的杂质峰,说明掺杂元素已掺杂入母相晶格。Cu、Al、Fe二元及三元掺杂均能降低材料的Li/Ni混排程度,掺杂后材料仍保持了良好的层状结构。谢乐公式计算结果表明,试样的一次晶粒粒径随掺杂量的增加先增大后减小,说明微量掺杂元素的掺入可加速晶粒的生长,而过量掺杂则抑制晶体的生长。SEM结果显示,粉体试样的微观形貌呈类球状,粒径的大小随着掺杂量的增加而有所变化,变化趋势和由XRD数据计算出的一次晶粒平均尺寸的变化趋势基本一致。微量掺杂对颗粒的团聚有一定的抑制作用,但当掺杂量过量时,颗粒团聚的程度又重新增大。EDS和elementalmapping结果显示,所有元素在试样的微观组织中呈均匀分布。电化学性能测试方面:恒电流充放电测试结果显示,当Li[NiCu_x/3Al_2x/3Co_（1-x）Mn]_1/3O₂、Li[NiCu_x/2Fe_x/2Co_（1-x）Mn_1/3]O₂、Li[NiFe_x/3Al_2x/3Co_（1-x）Mn]_1/3O₂和Li[NiCu_x/4Fe_x/4Al_x/2Co_（1-x）Mn]_1/3O₂的掺杂量分别为x=0.04、0.05、0.05、0.04时,各试样分别表现出最好的电化学性能:0.1C下的首次放电容量分别为162.1、160.3、161.9、162.3mAh·g^-1;1C下的首次放电容量分别为150.15、150.67、151.52、151.17mAh·g^-1,循环50圈后的容量保持率分别为91.69%、91.54%、92.79%、94.28%。CV和EIS测试结果表明,电化学性能的改善主要源于Cu、Al、Fe共元掺杂导致的电荷转移电阻的减小、Li⁺输运速率的加快以及交换电流密度的增大。本课题的研究结果表明,适量的Cu、Al、Fe三元共掺杂可改善Li[NiCoMn]_1/3O₂的结构稳定性和电化学性能,较好的Cu、Al、Fe共掺杂总量为Co的4%。实验结果证明,利用废旧锂离子电池制备Cu、Al、Fe多元掺杂型Li[NiCoMn]_1/3O₂正极材料的思路是可行的,且为废旧锂离子电池中有价元素材料化利用的绿色可持续方法提供了实验依据和支撑。