October 27, 2026

第一作者：郑科宇 通讯作者：元家树、夏永姚、夏永高 通讯单位：中国科学院宁波材料技术与工程研究所、宁波工程学院、复旦大学 DOI：10.1038/s41467-026-78696-2 工作简介 退役磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）电池正在形成规模可观的二次锂资源，但传统回收路径通常先将锂转化为碳酸锂或氢氧化锂，再经后续工序制备电池材料，难以兼顾回收效率、产品附加值与流程简化。针对这一问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所和宁波工程学院合作团队提出氧化还原介体辅助的闭环升级回收策略，将废旧LFP粉末中的锂直接转化为可调控的薄金属锂电极。该工艺利用可再生的TMAPO介体促进固液界面脱锂，同时在负极沉积金属锂，获得具有预形成固体电解质界面（SEI）的致密电极。论文报告约98%的最终锂提取率；所得回收锂在1 mA cm-2/1 mAh cm-2条件下可支持对称电池运行超过1200 h，组装NCM811软包电池后循环400次容量保持率为88.8%。成果发表于《Nature Communications》，为锂资源回收与高性能负极制造的协同提供了新的研究路径。 感谢中科院宁波材料所夏永高团队—通讯作者：元家树老师供稿！ 本文所用 液流电池反应器（流动池） 由武汉之升新能源有限公司提供 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 【论文奖励】2026年8月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年7月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年5~6月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年4月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年3月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年2月液流电池论文奖励清单！ 研究背景 随着新能源汽车装机规模扩大，第一批动力电池逐渐进入退役阶段。废旧LFP中的锂含量高于常见原生锂矿，具有可观的资源回收价值。现有火法工艺通常需要较高温度，湿法路线则涉及浸出、沉淀、蒸发及结晶等操作，带来能源与药剂消耗。已有电化学回收技术虽提供了替代思路，但部分方法依赖电极表面的反应界面；采用水系介体回收时，终产物也通常是LiOH或Li2CO3等锂盐，难以直接制成金属锂电极。 另一方面，薄金属锂负极有望用于高能量密度电池，但常规锂箔制备仍需后续加工，且金属锂在反复沉积/剥离中容易出现体积变化、SEI破裂及枝晶生长。因此，本研究希望将“粉末脱锂—锂金属电沉积—界面形成”整合在一个可循环体系中，同时调节锂沉积形貌，使回收产物不仅可用，而且具备良好的电化学稳定性。需要说明的是，论文主要以模拟退役LFP粉末开展体系研究，并补充了实际退役粉末的提锂验证。 核心内容 1.氧化还原介体耦合固液脱锂与金属锂沉积 – 图1.氧化还原介体辅助的LFP升级回收与薄锂电极制备策略 研究构建了由固液反应器和电化学反应器组成的循环体系。在电化学反应器正极，4-乙酰氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（TMAPO）失电子生成TMAPO+；进入固液反应区后，TMAPO+氧化LFP中的Fe2+，使LiFePO4转化为FePO4，并释放Li+，介体则还原为TMAPO并循环使用。Li+经隔膜迁移，在负极铜箔表面得电子沉积为金属锂。由此将反应位置从电极表面拓展至粉末—溶液界面，避免先获得锂盐再进行金属锂制备。 循环伏安结果表明，TMAPO的氧化还原电位约为3.58 V（vs. Li+/Li），高于LFP的约3.43 V，为介体氧化脱锂提供热力学依据。在40 mM TMAPO体系中，运行电压约3.6 V，论文报告的锂回收能耗为14.09 kWh kg-1 Li。XRD和XPS表征显示，脱锂后LFP特征峰消失并出现FePO4特征信号，Fe的价态由Fe2+转向Fe3+。在实际退役LFP粉末的动力学实验中，0.1 M TMAPO条件下约2 min时提锂率为94.14%，最终约98%，说明介体可实现较快的固液反应。   2.致密回收锂的形貌调控与预形成SEI 图2.回收锂的形貌、界面化学组成与力学性质 通过调节阳极电解液组分与锂沉积条件，研究获得了较致密的“类岩石”颗粒堆积结构。对于面容量4.14 mAh cm-2的回收锂，截面厚度约50 μm；改变沉积时间可以调节锂层厚度和面容量，调整电解液体系还可获得不同颗粒形态。与通常需要后续处理的金属锂箔相比，该策略将沉积形貌调控直接嵌入资源回收环节。 XPS深度分析和TOF-SIMS三维成分映射表明，回收锂表面存在以LiF、Li2CO3及Li2O等为主要组分的预形成SEI。商业锂与回收锂短暂暴露于湿空气后都会产生表面反应，但回收锂的OH–信号更多局限于外层，表明该界面可以降低水分向深层渗入。24%相对湿度下，商业锂在60 s后外观明显变黑，而回收锂在90 s内基本保持原有形貌。气相色谱测试得到回收锂活性锂含量为93.6%；AFM测得其表面平均杨氏模量为8.2 ± 0.8 GPa，为维持界面机械完整性提供支撑。