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近日，我校环境科学与工程学院“固废资源化与环境风险控制团队”FunMat课题组胡敬平教授在Advanced Functional Materials期刊在线发表了题为“Novel Upcycling of Mixed Spent Cathodes toward High Energy Density LiMnxFe1−XPO4 Cathode Material”（混合废旧正极材料创新升级再生高能量密度磷酸锰铁锂正极材料）的研究论文。华中科技大学为独立第一完成单位，环境学院2022级硕士生梅延润为论文第一作者，胡敬平教授和侯慧杰教授为共同通讯作者。
近年来，随着电动汽车和可再生能源储存技术的快速发展，锂离子电池的全球需求量急剧增加。然而，锂离子电池的平均使用寿命仅为5-10年，且正极材料约占电池成本的40%，因此开发高效的正极材料回收再利用技术对资源保护和环境保护至关重要。目前，LFP和LMO电池因其成本低、安全性高和资源丰富等优势，已广泛应用于电动汽车和便携式电子设备领域。据统计，2021年中国锰酸锂正极材料出货量达11万吨，同比增长32.5%；磷酸铁锂电池产量从2016年的73万吨增长到2022年的1190万吨。然而，现有回收技术主要针对单一类型电池正极材料，面对不同晶体结构的混合废旧正极材料回收再利用时存在诸多挑战。传统火法回收虽可避免复杂的分离过程，但能耗高且锂损失严重；湿法回收虽回收率高，但经济效益低且大量使用酸会造成环境问题；直接再生法虽有前景但对试剂成本和纯度控制要求高，难以实现工业化。因此，亟需探索更经济、高效且环境友好的混合废旧正极材料协同回收再利用策略。
图1、混合废旧正极材料升级再生LMFP材料的示意图
研究团队针对上述难题，创新性地提出了一种新型、环保高效的混合废旧正极材料再利用策略，通过升级再生法实现了废旧LFP和LMO正极材料中有价金属的高效分离和回收，获得了均匀分布的锰铁草酸盐固溶体前驱体。基于该前驱体，结合两阶段烧结和球磨工艺，合成了保持前驱体中锰和铁均匀分布特性的LMFP材料。再生LMFP正极材料表现出优异的电化学性能，在0.2C和10C倍率下比容量分别达160.7 mAh g−1和102.3 mAh g−1；与商业LFP相比，平均放电电压提高了0.49V，能量密度显著提升19.7%；在10C高倍率下，其放电容量（102.3 mAh g⁻¹）更是商业LMFP的近三倍。技术经济分析表明，该再利用策略的利润（6.64美元/kg）较传统火法、湿法及直接再生法高出57%至304%，且能耗与碳排放远低于传统回收技术。这些研究结果表明，该再利用策略在经济可行性和环境可持续性方面具有潜在优势，解决混合废旧锂电池的回收难题和推动下一代高性能电池的产业化发展提供了一条极具前景的创新路径。
环境学院固废资源化与环境风险控制团队，在杨家宽教授率领下，长期致力于环境多介质复合污染控制研究，包括固废资源化领域高效分离、环境多介质复合污染控制原理与方法研究等，主持66项国家/省部级科研项目，包括国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、国家科技支撑计划项目等。团队获得省部级科技奖励11项，包括教育部自然科学一等奖1项、环境保护科学技术科技进步一等奖1项、湖北省科技进步一等奖5项；获批湖北省创新群体项目。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202507185
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