DOI：10.1016/j.ensm.2026.104984

本(běn)文使用的焦耳加熱裝置(zhì)是由合肥(féi)原位科技有限公司(sī)研發，感謝老師支(zhī)持與認(rèn)
可！



廢舊鋰離子電池的資源化(huà)回收是實現“雙(shuāng)碳"目標(biāo)的關鍵(jiàn)環節，而石墨陽極(jí)作為電池核心部件，其高效再生一(yī)直是行業難題(tí)。近(jìn)日，合(hé)肥工業大(dà)學(xué)宋曉輝副教授團隊聯合北(běi)京工業大(dà)
學(xué)張(zhāng)興宇副教授，在(zài)廢舊鋰離子電池石墨(mò)陽極再(zài)生領域(yù)取得(dé)突(tū)破性進展，創新研發的一鍋法焦(jiāo)耳加熱技術實現了廢舊石墨的高附加值再生
🔭，相關成(chéng)果(guǒ)發表(biǎo)於國際Z名能源材料(liào)期刊《Energy Storage Materials》。

全文概述(shù)

當前廢舊石(shí)墨回收方(fāng)法普遍存在能耗高，環境(jìng)汙染，再生材料循環性能衰減等問題，難以滿足實際應用需求。針對這一痛點，研究團隊創新性引入焦耳加熱策(cè)略(lüè)🏊，以硫為中(zhōng)間橋梁在(zài)
廢舊石墨表(biǎo)麵構建出獨(dú)特的C-S-P鍵(jiàn)，同時將(jiāng)廢舊陽極殘留雜質直接轉化為 FeS 納米顆粒與無定形Li₃PO₄塗層，原位形成穩定的人造固態電解質界麵（SEI）層🗓。該結構(gòu)在電池循環中可(kě)誘導富含Li₃P的高(gāo)
效SEI層生成，大幅增強鋰離子傳輸效(xiào)率

，賦予再生石墨優異的快充性能和結(jié)構穩(wěn)定性。電化學測試表明🌃，再(zài)生石墨在3C高倍率(shuài)下循(xún)環(huán)
3000次(cì)後仍保持 101 mAh g⁻¹的比容量(liáng)，較商(shāng)業石(shí)墨提升近2.5倍，全電池與(yǔ)軟包電池測試也驗(yàn)證了其優異的工程化應用潛力
。此外
，該方法(fǎ)兼具(jù)經濟與環保優勢，再生(shēng)1 kg廢舊石墨僅耗能15.38 MJ，成本(běn)低至5.79美(měi)元，遠優於傳統工藝(yì)，為(wéi)廢舊石墨回收提供了(liǎo)綠色(sè)高(gāo)效的新路徑。



 

 圖文(wén)
解析(xī)



 

圖1：焦耳(ěr)
加熱廢舊石墨(mò)再(zài)生工藝流程和性能(néng)提升(shēng)機製

圖中展示了以廢舊石墨為(wéi)原料，通過一鍋法焦耳加(jiā)
熱技術，同(tóng)
步完成雜質去除
，C-S-P鍵構建及(jí)FeS/Li₃PO₄原位生(shēng)成(chéng)的核(hé)心改性工藝(yì)。同時步(bù)闡釋了該改(gǎi)性結(jié)構在(zài)電池循環(huán)中，如(rú)何誘導形成高導Li₃P基SEI層，並通過多組分協同(tóng)作用構建高效鋰離子(zǐ)
傳(chuán)輸通道(dào)
，抑製體積膨脹(zhàng)🕏。結(jié)果表明
，該(gāi)結構在電池循環中(zhōng)可誘導(dǎo)富含Li₃P的高效SEI層(céng)生成，大幅(fú)增強鋰離(lí)子傳輸效率，賦予(yú)再生石墨優異的快充性能和結(jié)構穩定性(xìng)。



 

圖2
：再(zài)生石墨(mò)電化學性能與離(lí)子(zǐ)傳(chuán)輸(shū)
動力學綜合表(biǎo)征

通過倍率(shuài)性能(néng)，長循環穩定性
，離子擴散動力學及阻抗測試，全(quán)
麵證實再生石墨相較商業石墨的(dí)性能優勢
：0.1 C至5 C全倍(bèi)
率(shuài)區間再生石墨比(bǐ)容量均更優(yōu)，3 C高倍率(shuài)下循環3000次(cì)仍保持101 mAh g⁻¹比容量(liáng)，結合GITT
，CV及EIS測(cè)試，進一步驗證Li₃P基SEI層大幅提升了鋰離子擴(kuò)散係數，增強了電(diàn)容型儲鋰貢(gòng)獻，同時顯著降(jiàng)低了電荷轉移(yí)與SEI膜阻抗，為再生石墨的優異快充(chōng)性能(néng)和循環穩定性提供了關鍵電化學證據(jù)。同時(shí)
，經測算，再生1 kg廢舊石墨僅耗能15.38 MJ，成本低至5.79美(měi)元，能耗與成(chéng)本較傳統工藝分別降(jiàng)低63.2%和 36.3%，且整個過程無需使用酸(suān)鹼試劑
，實(shí)現低排放，低耗水，從源頭規避了傳統工藝(yì)的汙染問題
。

 

總結與展望(wàng)

本(běn)
研(yán)究(jiū)針對廢舊鋰離子電池石(shí)墨(mò)陽極(jí)回收麵臨的能耗高，汙(wū)染大🕏
，再生材料循環性能(néng)
衰減等行業痛(tòng)
點(diǎn)
，創新開(kāi)發一鍋法焦耳加熱再生(shēng)技術(shù)

，精準(zhǔn)破解了廢舊鋰(lǐ)電石墨陽極回收的(dí)行(háng)業痛點，實現了廢舊石墨高效，綠色，高附加值再生的三重目標
，不僅為廢舊石(shí)墨(mò)陽極的規模化高價值(zhí)回收提供了切實可行的技術方案，突破了傳統回收工藝的性能與成本雙重瓶頸，也為電池功能(néng)材料的界麵精準設(shè)計提供了(liǎo)全新思路。未來(lái)，可聚焦技術產業化的核(hé)
心難題
，重點優(yōu)化焦耳加(jiā)熱反應器的連續性
，產(chǎn)能設計與副(fù)產物(wù)管理，推動(dòng)該工藝從實驗室成果向工業級應用轉化。同時🕂，團隊還將進一步深(shēn)化多組分協同作用(yòng)
機製研究
，結合人工智能(néng)與機器學習技(jì)術📪，優化再生工藝參數，精準預測電池(chí)性能與壽命，推(tuī)動(dòng)廢舊石墨(mò)再生(shēng)技(jì)術與電池全(quán)
生命周期管理(lǐ)的深度融合。

 

通訊作者簡介

宋曉輝
，合肥(féi)工業大學材料科學(xué)與工(gōng)程(chéng)學(xué)院(yuàn)副教授，黃山學者(zhě)學術骨幹。2016年博士畢業(yè)於新加坡南洋理(lǐ)工大學(xué)材料化學專業，獲得理學(xué)
博(bó)士學位
。2016-2020年(nián)先後(hòu)在美國UIUC，UC Berkeley, Lawrence Berkeley Lab從事博士後研究工作。從2021年9月開始加(jiā)
入合肥(féi)
工業大學材(cái)
料科學(xué)與工程學院
，承擔教學和(hé)科研(yán)任務
。主要從事微納尺度下電鏡三(sān)維重構技術，原位(wèi)電鏡技術📍，CT三維(wéi)重構技術等結(jié)合機器(qì)學習研(yán)究儲能材(cái)料(liào)的構效關(guān)係(xì)，致力於(yú)
微(wēi)觀(guān)尺度下儲能材料的界麵行為🦺，結構演變，電極(jí)
材(cái)料及隔膜的(dí)設計/合成與性能的研究
。在Nature，Nature Nanotechnology，JACS
，Nature Communications，ACS Nano，Nano Letters, Small， ACS Materials Letters
，Journal of Membrane Science，Nano Today等國際期刊發表多篇SCI論文。

張興宇，2021年入職(zhí)北京(jīng)工業(yè)大學數學統計學與力學學(xué)院力學係任師資博後（講師，博士後研究員），碩士(shì)生導師🛬。2012年，2015年分別本科，碩(shuò)士畢(bì)業於中南(nán)大學機電工程學(xué)院，機械設計(jì)，製造及其自動化(huà)及(jí)機(jī)械工程專業。2020年10月博士畢業於新(xīn)加坡(pō)南洋(yáng)理工(gōng)大學機械與宇(yǔ)航(háng)學院(yuàn)機械工(gōng)程(chéng)專業
。在2013年8月至(zhì)2017年1月期(qī)間(jiān)，在新加(jiā)坡南洋理工大學機械與宇航工(gōng)
程學院曾任職(zhí)研究助理工作
。獲選2021年博士(shì)後國際交流計劃引進(jìn)
項目
，2024年北(běi)京市高層次留學人才(cái)回國資(zī)助
。在Advanced Science🏚，Nature Communication, Journal of Cleaner Production
，Small等高影(yǐng)響因子論文20餘篇。