团队在光催化协同回收锂离子电池研究中取得重要进展

        团队李丽教授、吴锋院士课题组在退役锂离子电池正极材料修复再生研究中取得重要进展。针对FeLi反位缺陷修复难度大的技术难题，提出通过光催化降低铁迁移能垒，从而实现LiFePO4直接回收的可行性策略。该方法能够使反位缺陷中铁原子重新迁移到八面体FeO6位置，促进Li+扩散到LiFePO4晶格，进而恢复LiFePO4的晶体结构与电化学容量。通过理论计算与深入的原子表征技术，全面分析了光催化再生LiFePO4的机制。值得注意的是，该策略适用于修复具有不同FeLi反位缺陷比例的废旧LiFePO4。技术-经济分析表明，该策略在环境和经济领域具有显著优势，是锂离子电池回收极具前景的解决方案。相关研究成果以Direct Recycling of Spent LiFePO4 Cathodes through Photocatalytic Correction of Anti-Site Defects为题发表在国际顶级期刊Advanced Materials上，北京理工大学博士研究生吕晓伟为本文第一作者。文章链接：DOI: 10.1002/adma.202503398。

        LiFePO4正极退化主要归因于锂空位（Liv）引发的FeLi反位缺陷和Fe(Ⅲ)相的形成。值得注意的是，在纳米级的LiFePO4颗粒中，0.1%的FeLi反位缺陷会导致约5%的Li⁺被困在缺陷中，阻碍Li⁺沿[010]方向的扩散，从而导致容量下降。因此，纠正FeLi反位缺陷是恢复LiFePO4储能性能的关键因素。然而，在重置FeLi反位缺陷过程中，高价态的铁离子表现出强烈的静电排斥作用，导致铁离子迁回FeO₆八面体位置的活化能较高。因此，降低铁离子迁移的活化能以促进错位的铁离子返回八面体位置，确保Li⁺传输畅通无阻，成为再生LiFePO4的关键。

       基于此，我们提出了一种可靠且普适性较强的LiFePO4直接回收策略，旨在通过光催化降低铁迁移势垒，并诱导错位的铁返回八面体位置，使Li⁺重新嵌入LFP晶格中。采用多巴胺作为“药引子”来引导激活光催化的作用，通过理论计算、XRD及其Rietveld精修以及中子衍射以揭示再生过程的演变机制。形貌、微观结构表征以及电化学性能测试均证实了LiFePO4再生的有效性。该方法旨在修复FeLi反位缺陷，能够修复具有不同FeLi反位缺陷比例的废旧LiFePO4。这一策略为废旧LiFePO4正极材料回收提供了新视角。

图1 LiFePO4再生机制。（a）DFT分析FeLi反位缺陷重组的相对能垒。（b）光催化再生过程中FeLi反位缺陷重排的具体途径。不同反应时间下废旧LiFePO4的非原位XRD图像。

反应条件：（c）UV&DA体系；（d）DA体系。（e）R-LFP-UV&DA和（f）R-LFP-DA的中子衍射图谱及精修结果。（g）R-LFP-UV&DA和R-LFP-DA的Li/Fe和Li/P摩尔比。