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近日，南京大学唐少春教授团队系统揭示了废弃磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）直接修复再生过程中长期被忽视的“二次热损伤”机制。团队研究发现，热预处理虽然能有效去除PVDF黏结剂等表面残留，但也会将具有再锂化潜力的FePO4转化为电化学惰性的Fe2P2O7，同时加剧Fe/Li反位缺陷。这种由预处理引发的二次损伤，已成为传统补锂策略难以实现LFP材料深度修复的重要障碍。

针对这一难题，该团队提出了界面选择性锂锚定（Interface-Selective Lithium Anchoring，ISLA）策略。该策略利用富含配位官能团的聚多巴胺，将锂源优先锚定并均匀分散于缺陷富集的界面区域；通过温和热激活构建局部还原环境，协同促进Fe2P2O7原位转化为LiFePO4，并有效降低Fe/Li反位无序程度。经修复再生后的正极LFP（R-LFP）材料反位缺陷浓度由5.57 at.%降至1.89 at.%，各项性能指标达到商用级：在10 C高倍率下的比容量仍达到121.8 mA h g-1；充放电循环1500次后，容量保持率为72.7%；组装的1 Ah全电池循环200次后，容量保持率高达91.8%。

该研究工作推动了废弃LFP再生由传统“整体补锂”迈向“缺陷界面精准修复”的跨越，不仅深化了对热预处理二次损伤机制的理解，也为退役磷酸铁锂电池的低碳、高效及规模化循环利用提供了新的技术路径。相关成果以“Overcoming Secondary Thermal Damage in Spent LiFePO4 Regeneration via Interface-Selective Lithium Anchoring”为题发表在国际知名期刊Energy Storage Materials, 2026, 90, 105293. 南京大学在读博士研究生曹轩为该论文的第一作者，南京大学教授唐少春为通讯作者。

【背景介绍】

近年来，随着磷酸铁锂（LFP）电池在新能源汽车和电网储能等领域的大规模应用，退役电池数量持续增长。如何实现废弃LFP（S-LFP）的高效、低碳循环利用，已成为新能源产业可持续发展面临的重要课题。与高温冶炼和湿法浸出相比，直接修复再生技术能够最大限度保留正极材料原有的晶体骨架，具有流程短、能耗低和碳排放少等优势，被认为是实现S-LFP闭环利用的重要技术路径。然而，退役废弃正极材料通常混有PVDF黏结剂、导电碳以及电解液分解产物等杂质，为材料净化和结构修复带来了挑战。热预处理过程能够分解PVDF等有机物、降低表面污染，并促进活性材料与集流体分离。通常，该过程要求在大约500 ℃高温下进行，除杂的同时会引发锂损失、颗粒粗化、缺陷积累及物相转变等问题。尤其是，在惰性气氛中具有再锂化潜力的FePO4可转化为电化学惰性的Fe2P2O7，即热预处理可能给正极材料带来新的结构损伤，即“二次热损伤”。由于传统修复再生过程单纯依赖化学计量补锂，往往难以逆转惰性物相或恢复有序的阳离子结构。因此，如何准确识别并修复热处理引发的二次损伤，实现锂源在缺陷界面的选择性精准供给，已成为亟待解决的关键科学问题与技术难题。

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针对上述难题，南京大学唐少春教授团队提出界面选择性锂锚定（ISLA）策略，利用聚多巴胺（PDA）表面丰富的配位官能团，将锂源优先锚定并均匀分散于缺陷富集界面，随后通过温和热激活构建局部还原环境，促进惰性Fe2P2O7重新转化为LiFePO4，并同步降低Fe/Li反位缺陷，从而实现了S-LFP的深度结构修复。

图1. 退役废弃的LiFePO4正极材料（S-LFP）界面选择性修复再生策略的示意图。a）电池拆解及获得S-LFP和T-LFP的两种处理路线流程图；b）采用界面选择性锂锚定（ISLA）策略，将T-LFP经P-LFP中间体再生为R-LFP的流程图。

退役废弃的正极材料（S-LFP）界面选择性修复再生策略示意图，如图1所示。将退役电池经拆解和分离后得到废旧正极材料S-LFP，然后通过两种处理路线获得S-LFP和T-LFP。可以看到，传统热预处理虽然能够降低PVDF残留，却会生成热损伤材料T-LFP，导致Fe2P2O7形成并积累Fe/Li反位缺陷。ISLA通过室温锂离子螯合制备富锂前驱体P-LFP，再经热处理得到再生材料R-LFP，实现惰性相转化、反位缺陷消除和原位碳层构筑。

图2. S-LFP热预处理前后的结构与组成分析。a-b）S-LFP在500℃热预处理前后的SEM图；c）S-LFP和T-LFP的XRD图谱；d）T-LFP在不同刻蚀深度下的XPS深度剖析谱；e）T-LFP的HAADF-STEM图像；f）沿[010]晶带轴采集的T-LFP HAADF-STEM图像；g）T-LFP的HAADF-STEM图像及EELS线扫描谱；h）S-LFP和T-LFP的C 1s XPS谱；i）S-LFP和T-LFP的F 1s XPS图谱。

SEM观察及元素Mapping（图2a-b）结果表明，热处理能有效清除颗粒表面的黏结剂残留，但XRD结果（图2c）显示可再锂化的FePO4已部分转化为电化学惰性的Fe2P2O7，Fe/Li反位缺陷浓度由4.61 at.%升高至5.57 at.%。XPS（图2d）、HAADF-STEM（图2e-f）和EELS（图2g-h）进一步证实，热处理后Fe(III)主要富集于颗粒表面，在原子尺度下观察到Fe2P2O7晶格和Fe占据Li位点的反位缺陷。这说明热预处理在实现表面净化的同时，会对材料内部晶格造成显著损伤。

图3. 修复再生过程中界面相互作用与结构演变的理论与实验分析。 a）LiOH和PDA–Li在化学计量比LiFePO4（C-LFP）和热损伤LiFePO4（T-LFP）表面的优化吸附构型；b）LiOH和PDA-Li在C-LFP及T-LFP表面的吸附能；c）螯合前反位缺陷的迁移能垒；d）吸附PDA-Li后反位缺陷的迁移能垒；e）T-LFP在程序升温退火过程中的原位XRD图谱。

研究团队在受损LFP颗粒表面构筑了10-15 nm厚的PDA功能层，利用其官能团配位并固定锂离子。理论计算结果（图3）表明，在缺锂LFP表面，PDA–Li的吸附能为−6.46 eV，明显低于LiOH吸附能（−4.02 eV），表明PDA能够更稳定地将锂锚定于缺陷界面。原位变温XRD结果显示，Fe2P2O7含量在500 ℃时开始明显下降，当550 ℃以上时消失；随后锂逐步进入缺锂的橄榄石骨架，最终完成LiFePO4的晶格重构。

图4. R-LFP结构与组份表征。a）HAADF-STEM图像及区域1、2和3对应的高分辨晶格图像；b）沿[010]晶带轴观察的R-LFP表面区域（区域4）和体相区域（区域5）的HAADF-STEM图像；c）R-LFP的XRD图谱及Rietveld精修结果；d）R-LFP的深度分辨Fe 2p XPS谱；e）在R-LFP表面和体相区域采集的EELS O K边和Fe L边谱；f）P-LFP和R-LFP的STEM图像及EDS元素分布图。 

我们对修复后的产物（R-LFP）进行了详细分析。HAADF-STEM（图4a-b）分析表明，R-LFP具有完整、有序的橄榄石晶格，颗粒表面和内部的Li位点均未出现明显的异常Fe占位。XRD结果（图4c）表明，再生材料恢复为单相LiFePO₄，Fe/Li反位缺陷浓度由5.57 at%显著降低至1.89 at%。深度XPS（图4d）和EELS（图4e）结果进一步显示，材料表面与体相的Fe价态重新趋于均一；PDA热解形成的含氮碳层则均匀包覆于颗粒表面，有利于改善界面电荷传输。

图5. R-LFP微观结构、动力学及电化学性能表征。a-b）T-LFP和R-LFP在2.5–4.3 V电压范围、0.1–2 mV s⁻¹扫描速率下的循环伏安（CV）等高线图；c）恒电流间歇滴定（GITT）曲线；d）修复前后粉末的实物照片；e）T-LFP和R-LFP在0.2 C下的循环性能；f）0.2-10 C下的倍率性能对比；g）10 C下的长期循环性能；h）1 Ah R-LFP∥石墨软包电池的循环性能；i）充放电过程中的电压-容量曲线及原位EIS图谱；j）R-LFP与已报道再生LiFePO₄的五维性能对比。

经过修复再生后的R-LFP在0.2 C下的初始放电比容量达到157.3 mAh g-1，循环100次后仍保持154.9 mAh g-1，容量保持率98.5%。在10 C高倍率下，R-LFP的比容量121.8 mAh g-1，循环1500次后容量保持率72.7%。采用R-LFP正极组装的1 Ah石墨全电池循环200次后仍保持91.8%的容量，表明该修复再生材料具有良好的应用潜力。

图6处理1吨LFP黑粉的湿法、火法及直接再生路线的环境影响与技术经济性对比评估。a）传统湿法冶金工艺流程；b）火法冶金工艺流程；c）直接再生工艺示意图；d）三种路线的能源消耗与CO₂排放对比；e）湿法冶金、火法冶金及直接再生路线的成本与收益构成；f）三种回收路线处理每吨LFP黑粉的净利润。

团队针对S-PLA及火法、直接再生工艺路线进行对比。在相同系统边界下，湿法回收和火法回收的能源消耗分别约为1500和2968.50 kWh t-1，碳排放分别为3.24和2.77 t CO2e；ISLA直接再生路线的能源消耗约为300 kWh t-1，碳排放约为1.00 t CO2e。在成本和产品价格假设下，该路线处理每吨LFP黑粉的净收益约为3351.51美元，高于湿法和火法路线，体现出较好的低碳化与经济化应用前景。

总结与展望

综上，该研究揭示了废弃磷酸铁锂热预处理过程中长期被忽视的“二次热损伤”机制：除PVDF等表面残留物的同时，诱导具有再锂化潜力的FePO4转化为电化学惰性的Fe2P2O7，并加剧Fe/Li反位缺陷。针对这一难题，团队提出ISLA策略，借助聚多巴胺功能界面，将锂源优先锚定于缺陷富集区域，并通过后续热激活构建局部还原环境，协同促进Fe2P2O7向LiFePO4原位转化及Fe/Li反位缺陷修复。再生磷酸铁锂（R-LFP）拥有高度有序的橄榄石结构，Fe/Li反位缺陷浓度由5.57 at.%降至1.89 at.%，展现出优异的倍率性能与循环稳定性；在10 C下比容量为121.8 mA h g-1，循环1500次后容量保持率为72.7%；1 Ah R-LFP‖石墨软包电池循环200次后，容量保持率91.8%。

该研究推动了废旧LFP再生理念由传统的“整体化学计量补锂”迈向“缺陷界面精准修复”，为LFP的修复再生提供了新理论认识和技术思路。未来仍需进一步研究复杂黑粉体系中的杂质适应性、工艺连续化、锂源利用效率及长期运行稳定性，并通过中试放大和全生命周期评价，系统验证其技术可行性、环境效益与经济价值。随着相关机制研究与工程技术不断完善，界面选择性再生有望为退役磷酸铁锂电池的低碳闭环利用和规模化高值回收开辟新的技术路径。

环境与技术经济分析进一步表明，该直接再生路线具有降低能源消耗、碳排放和处理成本的潜力。ISLA策略有望为退役磷酸铁锂电池的高值化、低碳化和规模化循环利用提供重要支撑。

该项工作得到了国家重点研发计划项目，国家自然科学基金项目的资助。固体微结构物理国家重点实验室、南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室为该项研究工作的顺利开展提供了重要支持。

【论文信息】

Xuan Cao, Wei Mao, Jingnan Yuan, Shaochun Tang*. Overcoming Secondary Thermal Damage in Spent LiFePO4 Regeneration via Interface-Selective Lithium Anchoring. Energy Storage Materials, 2026, 90, 105293. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2026.105293.