年磷酸鐵鋰電池行業(yè)趨勢(shì)分析：廢舊電池正極材料直接修復(fù)再生的進(jìn)展與挑戰(zhàn)隨著全球?qū)Νh(huán)境愛(ài)護(hù)和可持續(xù)進(jìn)展的關(guān)注度不斷提升，以及電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛進(jìn)展，磷酸鐵鋰電池作為一種關(guān)鍵的儲(chǔ)能設(shè)備，其重要性日益凸顯。在2025年，磷酸鐵鋰電池行業(yè)呈現(xiàn)出諸多引人注目的趨勢(shì)，其中廢舊磷酸鐵鋰電池的回收與正極材料的直接修復(fù)再生成為了行業(yè)進(jìn)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這不僅關(guān)系到資源的有效利用，還對(duì)環(huán)境愛(ài)護(hù)和降低生產(chǎn)成本具有重要意義。

一、磷酸鐵鋰電池的行業(yè)背景與現(xiàn)狀

近年來(lái)，全球電動(dòng)汽車產(chǎn)量持續(xù)攀升，帶動(dòng)鋰離子電池消耗量急劇增加。2023年中國(guó)動(dòng)力電池出貨量為630GWh，《2025-2030年全球及中國(guó)磷酸鐵鋰電池行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及進(jìn)展前景分析報(bào)告》指出2024年達(dá)到800GWh，估計(jì)2030年更是有望飆升至2230GWh。磷酸鐵鋰電池憑借高穩(wěn)定性、高循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其組成包括正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜和粘連劑等，其中正極材料含有價(jià)金屬，是最具回收價(jià)值的部分。

鋰離子電池使用壽命通常在5-8年，當(dāng)容量衰減到初始容量的70%-80%時(shí)需退役。數(shù)據(jù)顯示，2025年我國(guó)退役鋰離子電池規(guī)模將達(dá)55GWh，2030年將攀升至380.3GWh。面對(duì)大規(guī)模的退役電池，如何妥當(dāng)處理和回收成為亟待解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的回收方法如濕法冶金和火法冶金雖技術(shù)成熟，但存在操作簡(jiǎn)單、污染大、成本高且回收產(chǎn)物多為電池前體等問(wèn)題。相比之下，廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料直接修復(fù)再生具有流程短、方法簡(jiǎn)潔、能耗低等優(yōu)勢(shì)，更符合當(dāng)前雙碳目標(biāo)。

二、磷酸鐵鋰電池的預(yù)處理

(一)預(yù)處理的必要性

磷酸鐵鋰電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接分別有價(jià)金屬困難，因此需要預(yù)處理。預(yù)處理可初步分別電池各組分，為后續(xù)鋰回收及其他材料無(wú)害化處理奠定基礎(chǔ)。金屬材料在電池中分布形式多樣，外殼與集流體中以單質(zhì)形式存在，正極材料中則以化合態(tài)形式存在。通過(guò)簡(jiǎn)潔拆除可回收外殼單質(zhì)金屬，而將正極材料與電芯其他組分分別，并使分別后的正極材料達(dá)到后續(xù)處理所需純度，是預(yù)處理的關(guān)鍵。

(二)預(yù)處理步驟

放電：為防止電池自燃和短路，需先放電。NaCl溶液因放電效率高、成本低、無(wú)毒等特點(diǎn)被廣泛用于放電處理，但Cl-具有腐蝕性，可能導(dǎo)致電池外殼腐蝕、電解質(zhì)泄漏，產(chǎn)生HF危害人員與環(huán)境。有討論設(shè)計(jì)以Na?S溶液為放電介質(zhì)的方案，放電后產(chǎn)生的氣體對(duì)環(huán)境無(wú)害，但由于不同電池組成存在差異，電化學(xué)放電性能有別，化學(xué)浸泡法仍有改進(jìn)空間。

拆解：目前拆解廢舊磷酸鐵鋰電池主要有手動(dòng)拆解和機(jī)械拆解兩種方式。手動(dòng)拆解敏捷精確?????，適用于小規(guī)模回收討論，但效率低、人力消耗大。機(jī)械拆解則可大幅降低成本與危急，如一套精細(xì)化拆解方案能實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的高效自動(dòng)拆解。將來(lái)，機(jī)械拆解將不斷融合自動(dòng)化技術(shù)，漸漸取代人工手動(dòng)拆解。

篩分與分別：拆解后的電池需進(jìn)一步分別。試驗(yàn)室可通過(guò)手工分別得到正極片、隔膜和負(fù)極片等材料，工業(yè)上則對(duì)機(jī)械處理后的粉碎材料進(jìn)行重選、磁選、篩分等物理分選，初步分別出含金屬材料，但該方法無(wú)法完全釋放和分別活性材料，仍有改進(jìn)空間。

正極粉末脫附：活性材料通過(guò)黏結(jié)劑涂覆在鋁箔上，獵取高純度活性材料可從溶解鋁箔和除去黏結(jié)劑兩方面著手。用NaOH溶液溶解鋁箔雖耗能低、可操作性強(qiáng)，但會(huì)引入Al3?，增加回收難度。常用的方法是破壞有機(jī)黏結(jié)劑結(jié)構(gòu)使正極材料與鋁箔分別，如在試驗(yàn)室中用有機(jī)溶劑浸泡正極片，或利用超聲幫助Fenton反應(yīng)降解黏結(jié)劑，但這些方法成本高、不環(huán)保，不適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用的是加熱分解法，將正極片置于空氣或惰性氣氛中加熱，破壞黏結(jié)劑結(jié)構(gòu)，但該方法會(huì)產(chǎn)生毒害物質(zhì)，需配套煙氣凈扮裝置，且溫度掌握不當(dāng)會(huì)影響后續(xù)鋰金屬回收。也有討論采納真空熱解技術(shù)，但操作條件要求高，不利于工業(yè)化推廣。

三、磷酸鐵鋰電池正極材料直接修復(fù)再生方法

(一)固相燒結(jié)法

固相燒結(jié)法是通過(guò)高溫處理修復(fù)和再生磷酸鐵鋰電池正極材料的方法。隨著熱處理溫度上升，廢舊LFP正極材料顆粒溶化，內(nèi)部形成氣體通道，補(bǔ)充的鋰離子在熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)下集中至鋰空缺位置，修復(fù)晶體結(jié)構(gòu)。在Ar/H?還原氣流下用Li?CO?對(duì)廢舊正極材料在650℃下直接再生1h，可實(shí)現(xiàn)Fe3?的還原，使鋰填充到位點(diǎn)。采納葡萄糖和Li?CO?在N?氛圍對(duì)廢LFP進(jìn)行二段熱處理再生，碳源可使正極材料表面形成碳包裹，提高電化學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上加入活化CNTs，構(gòu)成的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可顯著降低電極極化，提高電化學(xué)活性與穩(wěn)定性。元素?fù)诫s也是提高電池性能的手段，制備的FC包裹LFP材料，比表面積增大，縮短了Li?集中距離，提高了電化學(xué)性能與循環(huán)穩(wěn)定性。此外，快速高溫煅燒為固相燒結(jié)法開(kāi)拓新思路，雖首次比容量不高，但在循環(huán)中比容量不降反增，穩(wěn)定性良好。然而，固相燒結(jié)法在實(shí)際生產(chǎn)中存在定量方法不適合簡(jiǎn)單狀況、無(wú)法完全除凈雜質(zhì)等問(wèn)題。

(二)水熱合成法

水熱合成法通過(guò)水熱方式補(bǔ)充廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料損失的鋰，修復(fù)晶體結(jié)構(gòu)，恢復(fù)電化學(xué)性能。關(guān)鍵在于還原Fe3?并將Li?重新注入粉末晶體結(jié)構(gòu)中，因此含鋰溶液需加入還原劑。該方法相比固相燒結(jié)法有兩大優(yōu)勢(shì)：一是溶液可達(dá)到化學(xué)計(jì)量組成，無(wú)需精準(zhǔn)定量加入鋰源，過(guò)量鋰可循環(huán)利用;二是溶液中鋰鹽勻稱分布，可確保晶體內(nèi)部Li?勻稱分布，避開(kāi)生成雜質(zhì)相。利用Li?SO?和N?H??H?O在高壓釜中對(duì)廢LFP粉末進(jìn)行一步水熱合成，水熱溫度和還原劑用量的增加有利于補(bǔ)充鋰。在水熱法基礎(chǔ)上采納微波幫助，加入納米纖維素，可提高材料電化學(xué)性能。但水熱反應(yīng)中原有導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑不易分解，會(huì)降低再生LFP材料放電容量，因此常需預(yù)先除雜，如高溫煅燒或溶劑洗滌法，但這些方法存在能耗大、污染環(huán)境等問(wèn)題。有討論發(fā)覺(jué)聚偏二氟乙烯(PVDF)膜可在正極再鋰化條件下脫氟分解，實(shí)現(xiàn)了100g規(guī)模電極粉末的再生，且鋰液可循環(huán)利用，具有放大前景。此外，降低水熱合成法的反應(yīng)溫度是走向工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵，綠色水熱合成法以DL-蘋(píng)果酸為還原劑，降低了反應(yīng)溫度。利用不同媒介幫助水熱合成法摻雜也為L(zhǎng)FP直接修復(fù)再生供應(yīng)了新途徑，如乙二醇幫助合成LFP碳納米管復(fù)合材料、離子液體幫助合成包覆N、B、F三元摻雜碳層的LFP復(fù)合材料、超聲分散技術(shù)幫助制得Ga包覆的LFP/C材料等，均能提高材料的電化學(xué)性能。水熱合成法具有能耗低、綠色環(huán)保、無(wú)需精確測(cè)定元素組成等優(yōu)點(diǎn)，更適用于簡(jiǎn)單的退役電池正極材料直接修復(fù)再生。

(三)電化學(xué)法

傳統(tǒng)LFP修復(fù)方法能耗大，而電化學(xué)修復(fù)法可在不拆解電池的條件下實(shí)現(xiàn)鋰離子嵌入，更加高效節(jié)能。通過(guò)電化學(xué)和化學(xué)鋰化方法可實(shí)現(xiàn)LFP正極材料再鋰化，恢復(fù)電池容量。廢舊LFP電池衰退時(shí)活性正極材料鋰鐵比降低，通過(guò)水電解工藝結(jié)合濃度極化驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)靶向電驅(qū)動(dòng)鋰化直接再生，靜息-輸出模式可削減反應(yīng)時(shí)間和提高電流利用效率。將廢舊LFP正極和預(yù)鋰化石墨負(fù)極重新組裝全電池，可修復(fù)和重復(fù)使用廢舊LFP。設(shè)計(jì)的功能預(yù)鋰化隔膜，可將電池恢復(fù)至較高水平。采納Li?S/Co納米復(fù)合材料改進(jìn)商業(yè)隔膜，也能補(bǔ)償初始容量損失，提高電池可逆容量和能量密度。電化學(xué)法在室溫條件下進(jìn)行，添加物質(zhì)少，具有肯定應(yīng)用潛力。

(四)其他方法

針對(duì)磷酸鐵鋰電池失效原理，一些新的直接修復(fù)再生方法不斷涌現(xiàn)。如“冰與火”兩步處理法，先將放電拆解后的LFP正極粉末等原料低溫?cái)嚢韬髢龈桑俑邷丶訜幔瑯?gòu)建有N摻雜的碳導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化Li?和電子運(yùn)輸通道，具有優(yōu)秀的電化學(xué)性能且部分原料可重復(fù)使用，但高溫處理能耗大。以多環(huán)芳基鋰化合物作為還原劑和Li?供體的直接修復(fù)方法，避開(kāi)了苛刻環(huán)境條件，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)溶劑和多環(huán)芳烴的循環(huán)再生，但選取的金屬鋰箔不易保存。以有機(jī)金屬協(xié)作物制備功能黏結(jié)劑的方法，關(guān)注改善修復(fù)后LFP電池的電化學(xué)穩(wěn)定性，修復(fù)后的電池循環(huán)性能良好。

四、磷酸鐵鋰電池正極材料直接修復(fù)再生面臨的挑戰(zhàn)與前景

盡管磷酸鐵鋰電池正極材料直接修復(fù)再生技術(shù)取得了肯定進(jìn)展，但在工業(yè)放大過(guò)程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，放大掌握技術(shù)和自動(dòng)加工技術(shù)有待完善，工業(yè)放大分別可能造成鋰的損失和雜質(zhì)的引入。傳統(tǒng)的直接修復(fù)再生方法在大規(guī)模生產(chǎn)中受限，廢舊正極材料的再生氣理缺乏深化討論，不同品牌電池設(shè)計(jì)的多樣性也給大規(guī)模流水線生產(chǎn)帶來(lái)困難。因此，制定通用電池標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化拆解至關(guān)重要。

將來(lái)，廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料直接修復(fù)再生技術(shù)將以降本增效為重點(diǎn)，不斷開(kāi)發(fā)新的技術(shù)。同時(shí)，整合人工智能技術(shù)和診斷方法優(yōu)化修理工藝，建立保障電池恢復(fù)性能的綜合檢測(cè)評(píng)價(jià)體系，將為該領(lǐng)域的進(jìn)展注入新的活力，推動(dòng)磷酸鐵鋰電池行業(yè)朝著更加可持續(xù)的方向進(jìn)展。

綜上所述，2025年磷酸鐵鋰電池行業(yè)在廢舊電池正極材料直接修復(fù)再生方面既有顯著進(jìn)展，也面臨諸多挑戰(zhàn)。通過(guò)不斷探究和創(chuàng)新，解決當(dāng)前面臨的問(wèn)題，將為行業(yè)的可持續(xù)進(jìn)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用和環(huán)境的有效愛(ài)護(hù)。