使用电脉冲放电在无热、无水、无化学品条件下从铝箔剥离磷酸铁锂

为何这个电池故事重要

磷酸铁锂（LFP）电池因其安全、耐用且相对低成本，正成为电动巴士、经济型电动车和家庭储能的主力。但当这些电池达到使用寿命终点时，要在不浪费材料或制造污染的情况下将紧密粘合的层分离开来，实际上很困难。本研究提出了一种只用精确电脉冲就能将活性材料从金属基底剥离的方法——无需烘箱、无需清洗水、也无需强烈化学品——为更清洁、更便宜的电池回收打开了一条路径。

更近距离地看电池片内部

LFP电池正极的结构像一层层叠加的三明治。薄薄的铝箔作为集流体，而其上是一层较厚的复合涂层，包含LFP颗粒、将各部分粘合在一起的聚合物粘结剂，以及用于导电的一点碳。在工厂废料和废旧电池中，这一复合层顽固地附着在铝箔上，因此回收者通常采用研磨、燃烧或化学浸泡来分离它们。这些方法可能损害LFP的晶体结构、使其被铝碎片污染，或将其还原为价值较低的铁化合物，从而使材料往往无法直接重新用于新电池中。

用脉冲替代热和化学剥离

研究人员测试了另一种思路：在正极片被金属电极夹持、置于空气中的情况下，沿着正极片施加一次高压电脉冲。该脉冲在铝箔中驱动出很大但极其短暂的电流，主要在铝箔内部加热铝箔与LFP层之间的界面。计算机建模显示，在合适的能量下（约0.59焦耳/毫克电极），界面可以短暂达到足以熔融聚合物粘结剂的温度，而不会使电池片其余部分过热。当粘结剂软化且热区与冷区膨胀不同时，复合层厚度方向上产生机械应力，帮助LFP涂层作为完整的片层从铝箔上干净剥离。

电池历史如何改变剥离效果

为了解真实老化如何影响此过程，团队比较了三类正极：没有电解质的未使用工厂废料、仅有轻微退化的“新鲜”报废电池，以及更严重老化的电池。所有样品都使用几乎相同的脉冲能量进行处理。工厂废料需要最高的能量才能达到超过98%的分离率，因为其缺乏可帮助削弱粘结的残留电解质盐。在较“新鲜”的废旧电池中，残留在孔隙中的少量锂盐在短暂加热下分解，产生含氟的活性物质，这些物质在界面处攻击粘结剂，从而在所测试的整个能量范围内实现了良好的剥离。然而在更劣化的电池中，多年循环中形成的不均匀沉积破坏了电流路径，导致加热不均，使得在较低能量下有更多区域未能完全分离。

保持有价值粉末的洁净与完整

显微镜观察和化学分析表明，与研磨或高温处理不同，电脉冲方法使LFP涂层在很大程度上保持未受损并且没有铝污染（所有测试中铝含量均低于0.1重量百分比）。处理前后X射线测量显示LFP衍射峰的位置和强度基本不变，意味着其晶体框架保持完好。仅在一些使用过的样品中观测到与先前退化和电解质反应相关的有限表面变化。重要的是，LFP层通常以连续片层的形式剥离，而不是粉碎，从而减少了后续需要的额外清洗或分选步骤。

在新电池中测试回收材料

为检验这种温和回收的材料是否能在新电池中正常工作，团队制备了新正极，其中10%的活性材料来自电脉冲回收的LFP，与90%全新粉末混合。在扣式电池测试中，这些混合电极在适度倍率下提供了148毫安时/克的放电容量，与完全由新LFP制成的电池非常接近。电阻测量和阻抗谱仅显示了轻微差异，表明短促的电脉冲并未引入有害缺陷或显著减缓电荷在电极内的传输。

对未来回收的意义

对非专业读者来说，核心结论很直接：一次快速的电脉冲可以在室温下、且不添加水或化学品的情况下，将有用的LFP层整齐地从铝基底剥离出来，同时保持材料足够好以便重新用于新电池。由于该方法能耗低且不产生液体废物，它可作为“直接回收”的高效第一步——在这种回收方式中，有价值的正极材料在大体保持结构完整的情况下被回收，而不是被彻底分解再重建。随着LFP电池有望在许多电动车和电网储能市场占主导地位，这类低影响的分离技术可能在使电池寿命周期更循环、更可持续方面发挥关键作用。

引用: Tokoro, C., Kurihara, T., Narita, A. et al. Delamination of lithium iron phosphate from aluminum foil using electrical pulsed discharge without heat, water, or chemicals. Sci Rep 16, 12627 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39469-5

关键词: 磷酸铁锂回收, 电池正极剥离, 电脉冲放电, 直接电池回收, 可持续锂离子电池