近日，西安交通大学教授杨国锐、丁书江团队围绕废旧磷酸铁锂缺陷修复动力学开展了系统研究。他们通过分子动力学计算，指出废旧磷酸铁锂中Li空位、Li-Fe反位缺陷等结构损伤引起的声子的局域化是导致缺陷修复动力学缓慢的关键因素。相关成果发表在《德国应用化学》上。

电热耦合促进声子离域化实现废旧LFP正极直接再生机制示意图。西安交通大学供图

随着磷酸铁锂电池的大规模应用，退役磷酸铁锂电池数量快速增长，如何实现低能耗、高效率的回收已成为亟待解决的问题。相较于火法和湿法冶金，直接再生能够在保留正极材料主体结构的前提下恢复其电化学性能，具有显著的经济和环境优势。其中，固相烧结因流程简单、成熟度高且与磷酸铁锂合成工艺相似，被认为是最具规模化潜力的直接再生工艺之一。

然而，传统固相再生过程中热扩散动力学缓慢，往往需要数小时的高温处理才能完成修复，这不仅增加了能耗，而且长时间高温还可能诱发过度还原及副反应，从而影响再生材料的结构稳定性和电化学性能。

在此基础上，团队提出一种电/热耦合场高效再生策略。在电/热耦合场作用下，电场驱动的载流子可通过电子-声子散射促进不同声子模式之间的能量再分配，使局域声子更容易与离域声子模式发生混合，从而推动声子由局域态向离域态转变。声子离域化一方面促进了热量的快速均匀传递，另一方面还通过削弱电子-声子耦合提升了电子迁移能力，促进Fe3?向Fe2?的还原，最终降低Li-Fe反位缺陷修复的能垒。

依托该机制，锂?铁反位缺陷在700摄氏度条件下仅保温5秒即可实现深度修复。锂?铁反位缺陷被消除后，晶格畸变得到缓解，同时打通锂离子扩散通道，为后续补锂创造有利条件。

再生磷酸铁锂在0.1倍率下放电比容量可达151.2毫安时每克，1倍率条件下循环1100次后容量保持率仍为84.3%；搭配石墨负极制备的软包电池，0.3倍率下循环500次，容量保持率达83.6%。

经济与环境分析显示，该工艺能耗为25.32兆焦每千克，温室气体排放量为1.774千克每千克，两项指标均显著优于传统热再生、火法回收与湿法回收工艺，具备突出的经济与环保价值。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.1597082