百科：一文了解廢舊磷酸鐵鋰正極材料的回收方法

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池因其高安全性、長循環(huán)壽命和成本優(yōu)勢，已成為動力電池市場的主流選擇。然而，大規(guī)模退役電池的回收問題日益凸顯，既關(guān)乎資源循環(huán)利用，又涉及環(huán)境保護(hù)。據(jù)行業(yè)預(yù)測，2025年我國動力電池退役量將超過80萬噸，到2030年這一數(shù)字將突破300萬噸。

退役電池若不能得到妥善處理，不僅會造成鋰、鐵、磷等有價(jià)資源的浪費(fèi)，還可能因電解液泄漏和重金屬溶出導(dǎo)致環(huán)境污染。因此，開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)且環(huán)境友好的回收技術(shù)迫在眉睫。

目前，針對廢舊磷酸鐵鋰正極材料的回收技術(shù)主要分為直接再生、火法冶金和濕法冶金三類。

直接再生

直接再生技術(shù)通過修復(fù)材料的結(jié)構(gòu)缺陷來恢復(fù)其電化學(xué)性能，主要包括高溫固相法和水熱法。

高溫固相法

高溫固相法通過添加鋰源并在高溫下重構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)，例如摻雜釩元素后再生材料在0.1C下的放電比容量可達(dá)154.3 mAh/g，但該方法能耗高且對原料純度要求苛刻。

水熱法

水熱法則在含鋰溶液中進(jìn)行修復(fù)，如Yang等采用Na2SO3作為還原劑，再生的正極材料在1C倍率下可逆比容量達(dá)到135.9mAh/g，循環(huán)100次后容量保持率高達(dá)99%，但高壓環(huán)境帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)限制了其規(guī)模化應(yīng)用。

火法冶金

火法冶金技術(shù)通過高溫焙燒分解電池材料，實(shí)現(xiàn)金屬組分的分離。例如，索尼公司采用1000℃煅燒分解有機(jī)物，再結(jié)合濕法工藝回收有價(jià)金屬。為降低能耗，研究者開發(fā)了熔鹽輔助法，如以NaOH或NaHSO4為活化劑，將反應(yīng)溫度降至400–900℃，鋰浸出率超過99%。然而，火法工藝仍存在能耗高、易產(chǎn)生HF等有害氣體及鹽劑循環(huán)困難等問題，制約了其大規(guī)模應(yīng)用。

濕法冶金

濕法冶金是當(dāng)前最主流的回收技術(shù)，其工藝包括預(yù)處理、浸出、除雜和產(chǎn)品再生四個(gè)環(huán)節(jié)。

預(yù)處理階段需通過放電、拆解和分離（如熱處理或有機(jī)溶劑溶解）獲得正極粉料，工業(yè)上常采用機(jī)械粉碎-分選法，但鋁箔殘留會引入鋁、氟、鈦等雜質(zhì)，增加后續(xù)處理難度。

浸出過程分為全元素浸出和選擇性提鋰：全元素浸出采用無機(jī)酸或有機(jī)酸（如H3PO4-草酸體系），鋰和鐵的浸出率可達(dá)97%以上，但酸耗高且廢水處理負(fù)擔(dān)大；選擇性提鋰則利用H2O2、NaClO等氧化劑優(yōu)先浸出鋰（浸出率＞95%），而鐵和磷以FePO4形式留存于渣中。

除雜是關(guān)鍵挑戰(zhàn)，尤其是鋁、氟和鈦的深度脫除。氟化配位法可同步去除99.4%的鋁和96.4%的氟，但需精確控制鋁氟比；熱處理雖能脫除90%以上的氟，卻會釋放劇毒氣體；誘導(dǎo)結(jié)晶法則通過晶種吸附鈦雜質(zhì)，脫除率超80%且鐵損失低于0.8%。

產(chǎn)品再生階段，全元素浸出液可用于合成FePO4和Li2CO3，但雜質(zhì)摻雜影響產(chǎn)品純度；提鋰渣則需通過酸浸-除雜-沉淀轉(zhuǎn)化為電池級FePO4，流程復(fù)雜且成本較高。

此外，新興技術(shù)如機(jī)械活化法和電化學(xué)法也展現(xiàn)出潛力。機(jī)械活化通過球磨預(yù)處理聯(lián)合浸出，可實(shí)現(xiàn)鋰的選擇性浸出（浸出率99.55%），但能耗較高；電化學(xué)法通過電解遷移鋰離子，回收率超90%且無需強(qiáng)酸，但能耗問題仍需解決。

盡管回收技術(shù)多樣，當(dāng)前仍面臨核心挑戰(zhàn)：一是鐵磷資源的高值化利用不足，選擇性提鋰工藝忽視占正極質(zhì)量70%以上的鐵磷元素，導(dǎo)致提鋰渣堆存和資源浪費(fèi)；二是雜質(zhì)深度脫除難，鋁、鈦等離子易摻雜進(jìn)入FePO4晶格，影響再生材料的電化學(xué)性能；三是經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性矛盾突出，濕法試劑消耗大，火法能耗高，直接再生則對原料純度要求苛刻。

未來研究應(yīng)聚焦短流程、低成本雜質(zhì)分離技術(shù)的開發(fā)，如推進(jìn)氟化配位法的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；加強(qiáng)提鋰渣的高值化利用，探索其作為鋰電池催化劑或其他功能材料的潛力；耦合新能源供能模式（如太陽能供熱）以降低火法能耗；拓展直接再生的性能升級路徑，如將廢舊LiFePO4轉(zhuǎn)化為高壓固溶體LiFe0.5Mn0.5PO4等。通過多技術(shù)路線的協(xié)同創(chuàng)新，構(gòu)建“回收-再生-應(yīng)用”的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，才能實(shí)現(xiàn)廢舊磷酸鐵鋰電池的高效、清潔與高值化回收，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供資源保障。

參考文獻(xiàn)：

陳偉等《廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料回收技術(shù)研究進(jìn)展》

崔祥光等《廢舊磷酸鐵鋰正極回收與利用研究進(jìn)展》