2022年12月8日获悉，材料与先进制造学院肖利教授在国际权威中科院一区期刊《清洁生产杂志》(Journal of Cleaner Production，影响因子为11.072)上发表了题为“采用硫酸氢钠辅助焙烧从废旧锂离子电池中回收LiFePO4” (Recovery of LiFePO4 from used lithium-ion batteries by sodium-bisulphate-assisted roasting)的研究成果。
近年来，电动汽车(ev)和储能市场需求激增，使得LiFePO4 (LFP)成为锂离子动力电池最具竞争力的原材料之一。随着电动汽车的普及，未来几年将迎来锂离子电池退役的高峰期。废弃LFP电池中残留的电能存在安全隐患，其中的有机成分、有价金属元素容易造成环境污染。此外，全球锂矿资源有限，而废弃LFP电池含有丰富的锂元素。因此，对废旧LFP电池进行安全无害化处理，回收有价金属资源，将有助于避免环境污染，循环利用稀缺资源，促进锂离子电池在新能源产业的可持续发展。
本工作主要分为两个部分，第一部分是采用钠盐辅助焙烧和水浸工艺回收锂盐和铁盐；第二部分是以回收的产物(Li3PO4和FePO4)为原料再生LFP/C正极材料(图1)。采用热重实验和热力学理论计算分析了硫酸化焙烧的反应机理，并对原料配比、焙烧温度、焙烧时间、浸出时间等工艺条件进行了探索。废LFP焙烧处理后，转化为水溶性盐(LiNaSO4)和铁化合物(Fe2O3和FePO4)(图2)，通过水浸和固液分离，Li的回收率超过90%，得到富Li滤液和富Fe滤渣，分别回收得到产物Li3PO4和FePO4。以回收产物Li3PO4和FePO4为原料可再生LFP正极材料(R-LFP)。将商业F-LFP和再生R-LFP进行比较，研究表明在1C下200次循环后的放电容量分别为140.99和144.78 mAh/g，容量保持率分别为96.57%和97.83%(图3)。因此，该工艺得到的再生LFP材料具有良好的理化性能和电化学性能，可用作锂离子电池的正极活性材料。该工作为今后废旧锂离子电池的循环利用、选择性回收和工艺设计提供了可靠的参考，具有重要的应用价值。
图1 .废旧LFP正极材料回收工艺流程图
图2. NaHSO4·H2O硫酸化辅助焙烧废旧LFP材料机理示意图
图3.商用F-LFP材料和再生R-LFP材料的电化学性能比较
该论文的第一作者为硕士研究生张梁军，通讯作者为肖利教授，该研究工作得到了国家自然科学基金、湖南省教育厅基金项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134748
