【摘要】 解析利用废石墨残锂再生磷酸铁锂(LFP)的创新工艺,涵盖水热法提取、高温煅烧优化及性能对比,实现锂电池高效回收与资源循环。

随着磷酸铁锂(LiFePO₄)电池大规模应用,如何高效回收废旧电池并实现资源循环成为行业焦点。本文揭秘一项创新技术:利用废石墨阳极中残留锂元素,通过水热法直接再生降解的磷酸铁锂,不仅简化回收流程,更显著提升再生材料的电化学性能。

 

技术核心:残锂提取与LFP再生全流程

1.废电池拆解与残锂提取

  • 手动拆解废旧磷酸铁锂电池,分离正极(废LFP粉末)与负极(含残锂石墨)。
  • 通过水浸法提取石墨中的锂元素,形成锂源溶液(液A),并补充LiOH·H₂O调整锂含量。

 

2.水热再生工艺

  • 将废LFP粉末与液A混合,添加柠檬酸作为还原剂,在180℃高压反应10小时。
  • 过滤干燥后,获得初步再生材料(R-LFP)。

 

3.高温煅烧优化结构

  • R-LFP在氩气保护下分阶段煅烧(350℃ 3h + 700℃ 10h),最终得到高结晶度产物(RLFP-700)。

 

性能验证:再生LFP的突破性表现

  • 结构修复:XRD与TEM分析显示,再生后LFP的橄榄石结构完整,FP相消失,晶格畸变显著减少(图1a、图2)。
  • 锂含量恢复:ICP-OES检测证实,RLFP-700的Li/Fe比恢复至1.02(图1b),Fe³含量归零(XPS数据)。
  • 电化学性能:再生材料在0.5C下初始放电容量达139mAh/g,100次循环后容量保持率97.8%,远超原始废料(101mAh/g,91.9%保持率)。

 

图1 (a) S-LFP、R-LFP、R-LFP-700 的 XRD 图谱。 (b) 再生过程前后的Li/Fe比。 (c) S-LFP、R-LFP 和 R-LFP-700 的拉曼光谱。 (d) S-LFP、(e) R-LFP 和 (f) R-LFP-700 的 Fe 2p XPS 光谱

 

图2 S-LFP、R-LFP 和 R-LFP-700 的 (a、d、g) SEM、(b、e、h) TEM 和 (c、f、i) HRTEM 图像

 

行业价值:环保与降本双赢

  • 资源循环:废石墨残锂的再利用减少锂矿开采需求,降低环境负担。
  • 流程简化:正负极协同回收,无需复杂分离工艺,成本节约30%以上。
  • 商业化潜力:再生LFP性能接近新料,适用于储能、电动汽车等场景。

 

[1] Jiahao Song, Meng Xiao, Ting Chen, Fang Wan, Xiaodong Guo, Regeneration of degraded lithium iron phosphate by utilizing residual lithium from spent graphite anode, Materials Letters, Volume 363, 2024, 136333,

 

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