5秒修復缺陷！退役磷酸鐵鋰重獲長循環性能

　　近日，西安交通大學教授楊國銳、丁書江團隊圍繞廢舊磷酸鐵鋰缺陷修復動力學開展了系統研究。他們通過分子動力學計算，指出廢舊磷酸鐵鋰中Li空位、Li-Fe反位缺陷等結構損傷引起的聲子的局域化是導致缺陷修復動力學緩慢的關鍵因素。相關成果發表在《德國應用化學》上。

電熱耦合促進聲子離域化實現廢舊LFP正極直接再生機制示意圖。西安交通大學供圖

　　隨著磷酸鐵鋰電池的大規模應用，退役磷酸鐵鋰電池數量快速增長，如何實現低能耗、高效率的回收已成為亟待解決的問題。相較于火法和濕法冶金，直接再生能夠在保留正極材料主體結構的前提下恢復其電化學性能，具有顯著的經濟和環境優勢。其中，固相燒結因流程簡單、成熟度高且與磷酸鐵鋰合成工藝相似，被認為是最具規模化潛力的直接再生工藝之一。

　　然而，傳統固相再生過程中熱擴散動力學緩慢，往往需要數小時的高溫處理才能完成修復，這不僅增加了能耗，而且長時間高溫還可能誘發過度還原及副反應，從而影響再生材料的結構穩定性和電化學性能。

　　在此基礎上，團隊提出一種電/熱耦合場高效再生策略。在電/熱耦合場作用下，電場驅動的載流子可通過電子-聲子散射促進不同聲子模式之間的能量再分配，使局域聲子更容易與離域聲子模式發生混合，從而推動聲子由局域態向離域態轉變。聲子離域化一方面促進了熱量的快速均勻傳遞，另一方面還通過削弱電子-聲子耦合提升了電子遷移能力，促進Fe3?向Fe2?的還原，最終降低Li-Fe反位缺陷修復的能壘。

　　依托該機制，鋰?鐵反位缺陷在700攝氏度條件下僅保溫5秒即可實現深度修復。鋰?鐵反位缺陷被消除后，晶格畸變得到緩解，同時打通鋰離子擴散通道，為后續補鋰創造有利條件。

　　再生磷酸鐵鋰在0.1倍率下放電比容量可達151.2毫安時每克，1倍率條件下循環1100次后容量保持率仍為84.3%；搭配石墨負極制備的軟包電池，0.3倍率下循環500次，容量保持率達83.6%。

　　經濟與環境分析顯示，該工藝能耗為25.32兆焦每千克，溫室氣體排放量為1.774千克每千克，兩項指標均顯著優于傳統熱再生、火法回收與濕法回收工藝，具備突出的經濟與環保價值。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.1597082