Selective Interfacial Repair Enables Low‐Energy Regeneration of Spent LiFePO 4 to High‐Performance Cathode

材料科学 热液循环 阴极 化学工程 抗坏血酸 水热合成 降级(电信) 过程(计算) 再生(生物学) 工作(物理) 活化能 高能 橄榄石 还原(数学) 可持续能源
作者
Yajing Yu,Shuaiqi Gong,晨旭 何,Yingfei Xiong,Xu Wang,Yulin Min,Hexing Li,Penghui Shi
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.76162
摘要

ABSTRACT Recycling degraded LiFePO 4 (LFP) cathodes via conventional pyro‐(pyrometallurgy) or hydro‐ (hydrometallurgy) is energy‐intensive, generates toxic emissions, and yields meagre profits. Here, we report a low‐energy oxidation‐reduction (O‐R) strategy that bypasses element separation: air pre‐oxidation (500°C) removes carbon/binder, converting lithium‐deficient olivine into Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 /Fe 2 O 3 intermediates; hydrothermal treatment with ascorbic acid enables selective Fe 3+ reduction (adsorption energy −2.98 eV) and concurrent Li + replenishment. This reconstructs the lattice, halves Fe‐Li antisite defects (4.38% to 2.00%) and lowers Li + migration activation energy to 54.48 kJ mol −1 . Regenerated OR‐LFP delivers an initial capacity of 155.7 mAh g −1 at 0.1 C and 147.1 mAh g −1 at 1 C, retains 94.5% capacity after 500 cycles at 1 C and 93.8% at 5 C, and shows superior rate capability. Technology‐economic analysis reveals O‐R requires only 5.87 MJ kg −1 (less than half the energy of hydro‐ or pyro‐) and yields ≈$0.80 kg −1 profit, over tenfold higher than conventional routes, with minimal CO 2 emission. The process uses existing hydrothermal reactors and moderate‐temperature furnaces, enabling feasible industrial scaling. This work bridges high‐performance cathode regeneration with circular‐economy viability for sustainable LIB recycling.
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