磷资源具有战略意义，但储量有限。主流的湿法磷酸（WPA）工艺在提纯过程中会伴随不同水平的杂质（Fe、Al、Mg、F等），因此需要通过溶剂萃取进行净化[1]、[2]。这一净化过程会产生大量的精制酸，大约每生产一吨纯磷酸就会产生一吨精制酸[1]。尽管精制酸富含H₃PO₄，但它含有大量的Al、Mg、F等杂质[1]、[2]。目前，精制酸主要用于生产肥料，但其价值较低，收益有限[3]。为了实现精制酸的高价值再利用，必须进行深度杂质去除。传统回收方法侧重于深度净化以获得纯磷酸[4]、[5]，但从精制酸中分离Al³⁺等杂质在热力学上非常困难，且会导致设备严重结垢/堵塞，使得这一过程在经济上不可行[5]。因此，精制酸的高价值利用受到“杂质瓶颈”的限制。需要一种范式的转变：从“以高成本去除杂质”转变为“利用杂质创造高价值”。
近年来，锂离子电池因其高电压、高能量密度和长循环寿命而被广泛应用于3C电子产品、电动汽车和储能系统[6]、[7]、[8]。然而，锂离子电池（LIBs）面临成本压力，其中正极组件约占总成本的40%[7]。通过回收废旧电池或利用工业副产物作为原料，可以降低成本[8]、[9]、[10]。磷酸铁锂（LiFePO₄）是最常用的正极材料，因为它价格低廉、安全性高且循环寿命长[11]。LiFePO₄的工业应用也使得磷酸铁氢盐（FePO₄·2H₂O）作为大规模生产的关键前体受到关注[12]。然而，高质量FePO₄·2H₂O的合成通常依赖于高纯度的磷源（如电池级H₃PO₄或NH₄H₂PO₄），这些原料占总前体成本的40%-50%[12]、[13]。此外，原始LiFePO₄的电子和离子导电性较低[14]、[15]。因此，需要采用离子掺杂[15]和减小颗粒尺寸[16]等改性策略。有趣的是，材料工程研究已经证明，将金属离子（如Al³⁺和Mg²⁺）有意掺入LiFePO₄晶格中可以提高其电子和离子导电性[17]、[18]。这表明了一个显著的巧合：WPA精制酸中的“杂质”正是制备高性能LiFePO₄正极所需的“掺杂剂”。
本文提出了一种将精制酸直接转化为Al掺杂LiFePO₄/C的升级策略。与以往仅关注电池性能的研究不同，本研究强调通过化学工程方法将多组分废物流转化为功能性产品。我们证明，通过可控的沉淀和碳热还原过程，精制酸中的Al³⁺可以作为自掺杂剂，提升最终产品的电化学性能。这一方法为WPA精制废物的高价值利用提供了实用的低碳解决方案，架起了危险废物管理和先进能源材料生产之间的桥梁。
