PHI用户赏析 | 清华大学深圳国际研究生院材料与器件检测技术中心

清华大学深圳国际研究生院材料与器件检测技术中心作为深圳市规模较大的高校共享实验平台，依托平台先进的设备优势、专业技术优势以及人才优势，致力于充分整合利用资源，为高校科研教学与社会企事业服务。据清华大学深圳国际研究生院统计，截至2021年底，该院共有单台（套）50万及以上仪器设备有217台，设备原值2.98亿元，开放率100%，使用率116%，共享率40%，已服务300多家单位，如宁德时代、大疆创新、中国海洋石油集团有限公司、深圳安吉尔饮用水产业集团、欣旺达电子股份有限公司等。[1] 特别是材料与器件检测技术中心购置了ULVAC-PHI的XPS（PHI 5000 VersaProbe II），为材料的表面分析提供了重要的数据佐证。在2022年，该中心新配备的ULVAC-PHI先进的XPS（PHI VersaProbe 4）和TOF-SMIS（PHI nanoTOF II）开始正式启用，意味着在表面分析领域的科研技术手段进一步增强，势必会为更多的科研设想带来实现的可能性。

图1. 清华大学深圳国际研究生院材料与器件检测技术中心的XPS设备：PHI 5000 VersaProbe II

图2. 清华大学深圳国际研究生院材料与器件检测技术中心的XPS设备：PHI VersaProbe 4

图3. 清华大学深圳国际研究生院材料与器件检测技术中心的TOF-SIMS设备：PHI nanoTOF II

成果赏析

锂离子电池的使用寿命有限，通常不到十年，这意味着将产生大量废旧锂离子电池。由于锂具有经济价值高和天然储备有限的特点，而且锂离子电池中使用的重金属元素以及退役电池如处置不当可能导致潜在的环境污染，因此迫切需要发展回收废旧电池的高效绿色方法。

对此，清华大学深圳国际研究生院材料研究院康飞宇教授和李宝华教授团队合作研究开发出了一套高效绿色回收退役锂离子电池的有效策略（见图4和5）。基于带电退役电池在水中的精 准拆解，结合湿法冶金工艺，完成对废旧电池中锂、铁和磷等单个元素的高效提取，并借助XPS（PHI 5000 VersaProbe II）来确定元素的价态。该研究为解决退役锂离子电池的高效绿色回收和高值化利用问题提供了新思路，有助于推动退役锂电池回收的工业化进程。

图4. 在水中拆解带电卷绕型电池示意图[2]

图5. 室温下从充电态废旧磷酸铁锂电池中回收提取单个元素示意图[3]

退役锂电池回收系列相关研究成果分别以 “带电废旧锂离子电池在水中精 准分离回收”（Precise separation of spent lithium-ion cells in water without discharging for recycling）和“室温下从充电态废旧磷酸铁锂电池中回收提取单个元素”（Room-temperature extraction of individual elements from charged spent LiFePO4 batteries）为标题发表在国际知名期刊《储能材料》（Energy Storage Materials）及《稀有金属》（Rare Metals）上。

参考文献

[1]https://static.nfapp.southcn.com/content/202212/13/c7169387.html

[2] Y. Zhao, et al. Precise separation of spent lithium-ion cells in water without discharging for recycling. Energy Storage Materials 45 (2022) 1092–1099. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.11.005.

[3] M.-C. Fan, et al. Room-temperature extraction of individual elements from charged spent LiFePO4 batteries. Rare Met. (2022) 41(5): 1595–1604. https://doi.org/10.1007/s12598-021-01919-6.