1. 阴极材料中锂的预提取通过硫化冲击
图1展示了硫化冲击(SS)过程的具体电加热条件和设备结构。图1a为SS过程的示意图，清晰地展示了实验装置的结构和工作原理。图1b展示了在不同电流条件下石墨支撑体的实时温度测量结果，表明通过调整脉冲电流强度和持续时间，可以实现从25°C到1000°C的快速升温，其加热速率比传统管式炉快200到800倍。图1c为NiO-CoO-MnO渣系的等温熔化曲线，用于确定SS过程中的最佳温度范围，以避免材料过热分解。图1d-f展示了不同电流强度、电流持续时间和石膏用量下硫化产物的XRD图谱，显示了材料在不同条件下的相变情况，特别是Li2SO4的形成。图1g-i分别展示了电流强度、电流持续时间和石膏用量对水浸提锂效率和锂热损失率的影响，结果表明在优化条件下，锂的浸出率和热损失率均达到理想状态，石膏的加入起到了热缓冲作用，减少了锂的热挥发损失。
2. 浸出动力学和选择性硫化热力学
图2研究了SS产物的水浸出动力学，并与碳热冲击产物和原始阴极材料进行了比较。图2a展示了浸出时间对锂浸出效率的影响，SS产物在短时间内达到较高的浸出率，而碳热冲击产物和原始电极材料的浸出率在60分钟后仍然较低。图2b展示了动力学锂浸出效率与浸出液中Li+浓度之间的关系，说明了Li2SO4的高溶解度对浸出过程的促进作用。图2c展示了不同处理方法下废旧NCM中锂的溶解速率，进一步证实了SS方法的高效性。图2d展示了硫化冲击过程中可能发生的热力学反应的吉布斯自由能变化，表明只有涉及锂组分的硫化反应能够自发进行。图2e-f展示了在1000°C下硫化产物的平衡组成，说明了石膏用量对反应产物的影响。图2g展示了Li2O-CaSO4二元相图，分析了高温冶金过程中锂的相变趋势。图2h展示了电池金属化合物的饱和蒸气压-温度关系，说明了锂在高温下比TM氧化物更容易挥发。
3. 锂的硫化富集机制
图3使用XPS研究了电池金属元素在SS过程中的迁移行为。图3a展示了不同XPS刻蚀时间下SS产物中元素的原子比，表明锂从颗粒内部迁移到表面。图3b展示了不同深度下SS产物中不同元素的XPS谱图，高分辨XPS谱图显示，只有Li2SO4在SS产物表面被检测到。图3c展示了XPS刻蚀时间增加时SS产物中Li2SO4/Li2O比值的变化，说明了锂的迁移和转化过程。图3d展示了Ni 2p、Co 2p和Mn 2p的XPS谱图，随着刻蚀深度的增加，特征峰向更高价态的结合能方向移动，表明阴极材料的外部结构优先受到破坏。图3e-h展示了SS产物在锂提取前后的形貌和微观结构表征结果，SEM图像显示，SS产物表面均匀覆盖着白色球形颗粒，这些颗粒在水浸后消失。TOF-SIMS和HRTEM图像进一步证实了Li2SO4壳的形成和锂的迁移过程。
4. 硫化冲击提高了过渡金属的可浸出性
图4展示了SS过程对过渡金属(TMs)酸浸效率的影响。图4a展示了浸出时间对TM金属酸浸效率的影响，SS过程显著提高了TMs的酸浸效率。图4b展示了温度和浆料密度对TM金属酸浸效率的影响，结果表明，随着温度的升高，TMs的浸出效率显著增加，而随着固液比的增加，浸出效率降低。图4c展示了不同TM氧化态在50°C下酸溶解反应的吉布斯自由能变化，说明了TM氧化态降低对酸浸过程的促进作用。图4d-i展示了Co-SS、Co-RM和标准Co金属氧化物的Co K-edge XANES谱图以及EXAFS数据的傅里叶变换和拟合结果，进一步证实了SS过程导致Co的还原和晶格结构的破坏，从而提高了TMs的可浸出性。
5. 环境经济和可扩展性分析
图5设计了三种从废旧LIBs中回收有价值金属的方案，包括热冶金过程(Pyro)、湿法冶金过程(Hydro)和SS过程。图5a为热冶金、湿法冶金和硫化冲击回收方法的物料流分析图，展示了不同方法的物料流向和处理过程。图5b展示了三种方案的综合污染物排放量，图5c展示了总能耗，图5d展示了温室气体排放量，图5e展示了潜在收益，图5f展示了预期利润。结果表明，SS过程在能耗、排放和经济效益方面均优于传统方法，具有良好的环境经济效益和可扩展性。
