综述：废旧磷酸铁锂电池的回收——工艺、经济性及碳足迹综述

　　本综述系统评述了废旧锂离子电池（LIB）中磷酸铁锂（LFP）电池的回收策略，重点分析了火法冶金（Pyrometallurgy）、湿法冶金（Hydrometallurgy）和直接回收（Direct Recycling）三种主流技术的原理、进展与挑战。文章深入探讨了通过补锂（Lithiation）、煅烧（Calcination）及新型浸出剂（如有机酸、低共熔溶剂DES）再生LFP正极材料的核心技术，并对比了再生正极的电化学性能。同时，综述从技术经济性（Technoeconomic Analysis）和生命周期评估（LCA）角度，评估了各回收路线的碳足迹（Carbon Footprint）、能耗及环境影响，为构建LFP电池材料的闭环循环（Closed-Loop）经济提供了关键见解。

　　

当前LFP电池回收的挑战与战略应对

随着磷酸铁锂（LiFePO₄或LFP）电池在电动汽车（EV）和固定式储能领域的广泛应用，开发高效、可持续的回收策略已成为当务之急。然而，该行业目前面临政策空白、技术不成熟及基础设施有限等多重挑战，阻碍了回收技术的推广和规模化。

报废LFP电池的处理与机械预处理

有效的回收始于稳健的处理和预处理方案。关键第一步是收集和分类，根据电池化学成分和健康状态（State of Health）进行评估，以确定最适合的火法、湿法或直接再生回收路径。预处理通常包括放电、拆解和粉碎等步骤，以获得富含活性材料的黑粉（Black Mass），为后续回收工艺做准备。

回收技术概览

回收技术主要分为三类：湿法冶金、火法冶金和直接回收。

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  湿法冶金：利用酸、碱或其他浸出剂溶解正极材料，随后通过沉淀、过滤或溶剂萃取分离目标元素，以获得高纯度回收材料。该方法适用于高杂质含量的废料，回收率高。浸出剂种类多样，包括无机酸（如H₂SO₄、HCl）、氧化剂（如K₂S₂O₈）和有机酸（如甲酸、草酸、柠檬酸）。尽管其适应性强，但通常需要大量化学品，并产生大量废水。
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  火法冶金：通过高温熔炼回收锂盐。该方法工艺简单，能生产金属合金，但能耗高，产生有毒气体，且产品通常需要进一步精炼，经济性较差。
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  直接回收：旨在通过外部锂源补充锂，修复废LFP材料的晶体结构，恢复其电化学性能。策略包括高温固相法、水热法和电化学再生法。直接回收能最大程度保留正极材料的结构，能耗和环境影响相对较低，但面临杂质去除、工艺放大等挑战。

直接回收的挑战与前景

尽管直接回收研究广泛，但尚未实现大规模工业应用。关键挑战包括处理复杂杂质、确保再生材料的一致性以及开发经济可行的规模化工艺。未来需在自动化、工艺控制和标准化方面取得突破。

火法、湿法与直接回收的比较

对比显示，火法回收能耗最高（4.5–7.0 kWh/kg），处理成本也最高；湿法回收在锂回收率（>90%）和纯度方面表现良好，但水耗和化学试剂消耗大；直接回收在能耗（1.5–3.0 kWh/kg）、水耗和碳排放方面最具优势，但技术成熟度较低。

LFP回收的技术经济分析

废LFP电池中的正极活性材料（LiFePO₄）约占电池总质量的30-40%，是经济价值最重要的组成部分。然而，LFP材料本身的内在价值较低，加上回收过程的成本，使得其回收经济性面临挑战。成功的回收商业模式需要优化材料回收价值并控制成本。

新兴行业趋势与机遇

北美、欧洲和亚洲的多家公司正在投资专门的LFP回收产线。选择性浸出、电化学再生和低温直接再生等技术进步提供了更可持续的回收路径。自动化、本地化回收基础设施以及为可回收性设计电池是未来重要方向。

生命周期评估（LCA）

基于处理1公斤黑粉的功能单位，从摇篮到大门的LCA分析表明，直接回收路线在碳足迹、水使用和能耗方面通常优于湿法和火法回收，凸显了其环境友好性。

浸出工艺

在LFP电池回收中，浸出剂的选择对优化锂和铁的回收至关重要。无机酸（如HCl, H₂SO₄）浸出能力强，但可能产生有害副产物；有机酸（如柠檬酸）和低共熔溶剂（DES）等绿色替代品正在被探索，以降低环境影响。

未来展望

随着锂资源需求增长和供应限制加深，LFP回收领域预计将显著增长。开发绿色、成本效益高且闭环的回收技术对于释放LFP电池作为战略二次锂源的潜力至关重要。政策支持、技术进步和产业链协作将是推动行业发展的关键。