20秒超快速再生：废旧磷酸铁锂正极材料的绿色回收
随着全球能源转型和减排目标的推进，锂离子电池（LIBs）在电动汽车和能源存储领域的应用日益广泛。磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）电池因其结构稳定、成本效益高和无毒性等优势，成为最受欢迎的LIBs类型之一。然而，随着LIBs使用量的增加，废旧电池的回收利用问题也日益凸显。目前，废旧LIBs的回收方法主要包括直接再生、热金属法和湿法金属法。尽管热金属法和湿法金属法在理论上可行，但它们在经济上并不适用于废旧LIBs的回收，因为这些方法不仅能耗高、耗时，而且对环境可能产生负面影响。因此，直接再生方法，尤其是固相法，因其简单、高效和易于大规模生产的特点，成为目前研究的热点。然而，现有的直接再生方法仍存在加热时间长、能耗高的问题，迫切需要开发一种更快速、更高效的再生技术以实现废旧LFP电池的经济和环境双重效益。
文章简介
2023年12月，东北师范大学吴兴隆教授、华南师范大学曾荣华教授 等人在期刊《Journal of Power Sources》上发表了题为“Direct and rapid regeneration of spent LiFePO4 cathodes via a high-temperature shock strategy”的论文。本研究提出了一种高效、低成本且超快速的再生策略，能够在短短20秒内快速再生废旧的磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料。与传统方法相比，这种超快速方法不仅能耗更低，处理时间更短，而且能够完全补充锂元素并修复LiFePO4的结构。再生后的LiFePO4展现出优异的初始容量，达到152 mAh/g（0.1C条件下），并且RLFP-800样品表现出良好的倍率性能和长循环稳定性（在2C条件下循环400次无容量衰减）。预计这种快速再生策略能够以低成本实现废旧LiFePO4的实际再生应用，为废旧LIBs的回收利用提供了一种新的解决方案。
图文导读
在本研究中，为了实现废旧磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料的低能耗和高效率再生，研究人员提出了一种超快速加热方法，该方法能够在几秒钟内完成再生过程。与传统的煅烧方法相比，这种超快速高温冲击方法具有极快的加热速率（约105°C/min）和冷却速率（约103°C/min），不仅显著降低了能耗和时间成本，还最大限度地减少了锂元素的损失。经过快速高温煅烧后，材料的结构得以恢复，性能显著提升。
图1 展示了废旧LiFePO4正极材料的再生过程示意图，详细描述了从废旧电池的预处理到最终的超快速煅烧步骤。
在实验部分，首先对废旧袋装LFP电池进行预处理，包括放电、转移、分离和烘烤，以便于从铝箔上刮取废旧LFP粉末（SLFP）。随后，通过球磨、旋转蒸发和干燥等步骤，将一定比例的锂醋酸和蔗糖与SLFP混合，最终在氩气氛围中进行800°C、20秒的超快速高温煅烧。
材料表征部分，通过感应耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）确认了Li、Fe和P的元素含量，并通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等技术对材料的晶体结构和表面化学状态进行了详细分析。图2(a) 显示了SLFP和不同温度下再生的LFP（RLFP-700、RLFP-800、RLFP-900）的XRD图谱，图2(b) 至图2(e) 分别展示了这些材料的SEM图像，而图2(f) 和图2(g) 则展示了SLFP和RLFP-800的TEM图像。
X射线光电子能谱（XPS）分析用于确定SLFP和RLFP-800的表面化学状态。
图3 显示了Fe 2p、C 1s和O 1s的XPS光谱，表明RLFP-800中锂元素被重新补充，晶体结构得到了良好恢复。
电化学性能测试部分，所有材料的电化学性能均在CR2032型扣式电池中进行测量。图4 展示了SLFP和RLFP样品在0.1C时的充放电容量，图4(a) 至图4(e) 分别展示了这些样品的倍率性能、循环性能和充放电曲线。
图5 进一步展示了SLFP和RLFP样品在0.2C时的充放电曲线和循环伏安（CV）曲线，图5(a) 显示了不同样品的放电比容量，而图5(b) 则展示了CV曲线和电化学可逆性。
图6 展示了RLFP-800在不同扫描速率下的CV曲线，以及SLFP和RLFP的电化学阻抗谱（EIS）测试结果。图6(a) 至图6(d) 分别展示了CV曲线、峰值电流与扫描速率的关系、EIS曲线和低频区域的Z'与ω^-1/2的关系。
最后，图7 展示了RLFP-800在首次充放电循环中的原位X射线衍射（in situ XRD）图谱，监测了Li+在FP/LFP中的插入和脱出过程，证明了Li+插层/脱插层过程的优异可逆性。
总结与展望
本研究成功开发了一种快速、绿色且低成本的再生工艺，用于恢复废旧磷酸铁锂（LFP）正极材料。与传统再生策略不同，该方法通过在800°C下仅20秒的超快速煅烧过程，实现了对废旧LFP的高效再生。结构和形貌表征结果表明，废旧LFP的晶体结构被完全恢复到其初始的橄榄石结构，再生后的LFP电化学性能显著提升。优化后的再生LFP（RLFP-800）在0.1C下的初始放电比容量高达152 mAh/g，且在超过400次的长期循环中表现出显著的循环稳定性。此外，循环伏安（CV）、电化学阻抗谱（EIS）和原位X射线衍射测试结果表明，再生的RLFP-800具有改善的锂离子扩散系数、卓越的稳定性和充放电循环中的可逆性。这种省时且节能的方法非常适合实际修复废旧LFP材料。
此项研究不仅为废旧LFP材料的修复提供了一种新策略，也为废弃锂离子电池（LIBs）正极材料的快速高效修复开辟了新途径。随着电动汽车和新能源存储技术的快速发展，废旧LIBs的回收和再利用问题日益凸显。本研究提出的超快速再生方法，不仅能够显著降低再生过程中的能耗和时间成本，还能够最大限度地减少锂元素的损失，这对于资源的可持续利用和环境保护具有重要意义。
未来，研究者可以进一步优化再生工艺，探索不同类型废旧电池材料的再生策略，推动锂电池回收和再利用技术的发展。同时，该方法的推广应用也将为电池制造商和回收企业提供一种经济有效的解决方案，促进电池回收行业的绿色转型。此外，考虑到该方法的高效性和简便性，其在大规模工业生产中的应用潜力巨大，有望实现废旧电池材料的高效回收和再利用，为实现循环经济和可持续发展目标做出贡献。
文章链接
Shuo-Hang Zheng, Xiao-Tong Wang, Zhen-Yi Gu, Hong-Yan Lü, Xin-Yi Zhang, Jun-Ming Cao, Jin-Zhi Guo, Xiao-Tong Deng, Ze-Tao Wu, Rong-Hua Zeng, Xing-Long Wu. Direct and rapid regeneration of spent LiFePO4 cathodes via a high-temperature shock strategy. Journal of Power Sources, 2023.
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233697.
文章来源：研之成理
注：本站转载的文章大部分收集于互联网，文章版权归原作者及原出处所有。文中观点仅供分享交流，不代表本站立场以及对其内容负责，如涉及版权等问题，请您告知，我将及时处理。
中信证券：电池回收市场确定性极高，磷酸铁回收能力将成核心竞争力
随着新能源汽车产业的发展成熟，磷酸铁锂电池渗透率不断提升，未来将有大量废旧磷酸铁锂电池流入回收市场，磷酸铁锂电池回收行业有望迎来高速发展。磷酸铁锂回收技术壁垒高，且不同回收工艺的经济性差异显著，其中磷酸铁的高效回收可以显著提升锂电回收经济效益，我们认为磷酸铁的回收将成为行业未来发展关键。我们建议关注磷酸铁锂电池回收技术发展。
▍ 动力电池装机量节节攀升，电池回收市场确定性极高。
动力电池装机量呈现逐年上涨的趋势。由于动力电池的核心组件正极中的有价金属部分具有不可再生的特性，电池回收是对于此部分价值进行再利用的必由之路。在回收不可再生金属/国家政策扶持的双重促进中，动力电池回收市场规模未来的成长确定性极高。
▍ 磷酸铁锂电池回收市场广阔，预计2027年全球动力电池回收市场规模有望达到567亿，对应2023-2027年 CAGR为 65.7%。
自2021年后，伴随着国家补贴中能量密度指标的冻结，磷酸铁锂电池的装机量占比开始逐步回升，逐步超过三元电池。相比于三元电池，目前的磷酸铁锂回收技术和回收市场发展都还相对不充分。我们预计2027年全球动力电池回收市场规模有望达到567亿元，对应2023-2027年 CAGR为 65.7%。
▍ 磷酸铁锂电池回收中的磷酸铁回收能力将成为回收行业的核心竞争力。
伴随着此批磷酸铁锂电池进入退役期，未来的待回收电池的逐步增多。三元电池回收产能结构性过剩，行业竞争加剧，磷酸铁锂回收产能稀缺，将具有更好的发展前景。由于磷酸铁锂中可回收的有价部分包括碳酸锂和磷酸铁，碳酸锂/磷酸铁综合回收路线能够有效平滑回收过程的利润，降低碳酸锂价格波动对于回收盈利的影响。
▍ 磷酸铁锂综合回收技术壁垒高，经济性影响因素多。
磷酸铁锂动力电池的回收包括梯次利用/再生利用两个环节。目前国内厂家对于各环节均有相关布局，梯次利用参与企业主要为电池厂，再生利用参与者主要为第三方回收企业。对于再生利用，磷酸铁锂中磷酸铁提纯中的除铝难度大，市场上多数磷酸铁锂企业不具备相关处理能力。此外，磷酸铁锂回收的前道处理能力也会影响磷酸铁回收能力和磷酸铁锂的回收经济性。
▍ 各家企业布局差异化明显，具有磷酸铁布局企业产能扩张积极，欲扩大先发优势。
随着碳酸锂供给增加，碳酸锂价格逐步下行，磷酸铁回收能力和高碳酸锂回收率的经济性优势明显。根据市场现状看，具有磷酸铁回收能力的磷酸铁锂回收企业凭借技术优势所带来的产能扩张更为积极，先发优势明显。
▍ 风险因素：
回收产品价格波动的风险；电池技术变革的风险；行业竞争日益加剧的风险；原材料供应风险。
▍ 投资策略：
本文源自券商研报精选
相关问答
磷酸铁锂电池回收 还能做新电池么 – 960化工网问答磷酸铁锂电池回收还能做新电池么网友1最佳答案回答者:网友回收了就是废旧电池,虽然不知道电池是什么原因导致了,一般都算废品,也许可以变废为宝,看个人造化...
比亚迪废旧 电池 能卖多少钱?旧电瓶的价值在30-150元之间,但具体价格由电瓶品牌、容量和状态来决定。很多地方电池是可以以旧换新的,对于车主来说,只需补个差价就能换的新的电池,可以省...
咨询一下!!订做 磷酸铁锂电池回收 ，磷酸铁锂电池安全性好不好...[回答]电博拥有一支专业的服务团队,建立了从客户需求开始到客户维护常态化的价值服务链。为客户提供从设计、制造、研发、售后为一系列配套的全方位服务。...
诸位好基友!急急急!!!随州大品牌房车 磷酸铁锂电池回收 ，房车...[回答]64伏磷酸铁锂电池拆掉一个电池变成60伏的电池,保护板的接线应该去掉相应的最后一串得接线就可以的。购买锂电池前先看看其使用的电芯是,电芯的质量...
磷酸铁锂电池 锂钴电池 锂锰电池 锂钴镍电池 哪个更有 回收 价...锂钴电池。钴酸锂是最贵的。肯定回收价值高!能够有用的就卖电池,不可以用的就卖废料!
比亚迪汉EV能量 回收 是什么意思-ZOL问答能量回收是指在使用过程中,通过技术手段将原本被浪费的能源转化为有用的能量,从而提高设备的效率和节能减排。在3C电子产品中,能量回收主要体现在电池充电过程...
川金诺生产 磷酸铁锂 吗?生产川金诺7月24日在互动平台表示,公司收购的营口川信诺拥有约4000吨/年磷酸铁锂产能。目前,根据公司在手订单情况,上述自有产能处于满产满销状态。生产川...
