柔性剥离耦合高效除杂技术实现废旧磷酸铁锂(LiFePO4)材料的高质量再生

本文创新性地提出柔性剥离结合高效净化技术，实现废旧LiFePO4正极材料的短流程再生。通过物理剥离实现>99%的电极分离效率，FeCl3辅助除杂可去除100% Cu和>82% Al杂质，残留有机物与Al化合物协同作为碳源和掺杂剂提升电化学性能。再生材料在0.1 C下初始容量达150.3 mAh/g，1 C循环100次后容量保持率96.43%，性能媲美商业材料，为锂电回收提供低成本工业化解决方案。

亮点

• 开发物理-化学协同的LiFePO₄再生新策略

• 柔性剥离实现99%电极分离且结构零损伤

• FeCl₃除杂同步清除Cu/Al杂质达工业级标准

• 残留有机物"变废为宝"成为性能增强剂

材料与方法

实验采用河北中科德方新能源公司提供的退役LFP电池，经盐水放电后机械拆解获得正极片。将正极片裁剪为5 cm×5 cm样本，采用十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)表面活性剂溶液进行柔性剥离，通过优化液固比(10:1)、温度(25°C)和时间(3 h)实现高效分离。

柔性剥离机制解析

研究发现阳离子表面活性剂OTAC能选择性腐蚀铝集流体界面PVDF粘结剂，通过"分子楔入"效应削弱材料-集流体结合力。扫描电镜显示剥离后LiFePO₄颗粒保持完整棱角结构，XRD证实无晶相转变，这种温和剥离方式完美规避了传统热解法导致的碳层破坏问题。

深度除杂工艺

创新性采用FeCl₃作为多功能净化剂：

1. Fe³⁺通过氧化还原反应溶解铜杂质：Cu + 2Fe³⁺ → Cu²⁺ + 2Fe²⁺

2. Cl^-与Al形成可溶性络合物[AlCl₄]^-

   同步实现Cu 100%和Al 82%的去除率，而传统酸浸法仅能去除约60%杂质。

结论

该研究构建的"柔性剥离-精准除杂-缺陷修复"三位一体再生体系，不仅将工艺流程缩短40%，更通过"杂质调控"策略使残留Al₂O₃转变为性能增强相，为动力电池回收行业提供了教科书级的范例。