基于E-pH图理论的高铝LiFePO4黑粉低温短时酸浸策略：锂铁高效回收与铝选择性分离机制

针对高铝LiFePO4黑粉(HALFP-BP)回收中铝杂质难分离、能耗高的行业难题，研究人员创新提出E-pH图指导的低温短时硫酸酸浸法。通过热力学分析与动力学调控，在优化条件下实现锂铁99%浸出率与86%铝选择性去除，揭示了Al2O3膜溶解抑制机制，为复杂组分电池废料绿色回收提供新范式。

　　

随着新能源汽车产业爆发式增长，锂离子电池(LIBs)回收已成为资源循环与环境保护的双重挑战。其中，磷酸铁锂(LiFePO₄, LFP)电池因成本与安全优势占据市场主导地位，但退役电池产生的高铝LiFePO₄黑粉(HALFP-BP)因预处理不彻底导致铝含量高达5-20%，传统回收工艺面临能耗高、选择性差两大痛点——高温(>60°C)或长时间(>2h)酸浸不仅增加能耗，残留Al³⁺更会劣化再生材料性能（如铝含量>4.8%时LFP放电容量下降13%）。

针对这一卡脖子问题，中国国家自然科学基金资助项目团队创新提出E-pH图指导的低温短时硫酸酸浸策略。通过构建Li-Fe-Al-P-H₂O体系热力学模型，发现LiFePO₄在强酸条件下可快速解离（活化能22.99 kJ/mol），而铝杂质表面致密Al₂O₃膜因高能垒(46.58 kJ/mol)形成动力学屏障。基于此理论预测，研究人员优化出0.5 mol/L H₂SO₄、液固比5:1、30°C反应30分钟的最佳条件，实现Li/Fe浸出率99%与Al选择性去除86%的突破性效果。

关键技术包括：1）采用E-pH图指导酸浸参数设计；2）通过ICP-OES分析元素浸出行为；3）结合XRD和SEM表征反应界面特性；4）利用Gibbs自由能计算揭示选择性分离机制。

研究结果显示：
• 选择性浸出机制：酸浓度实验证实0.5 mol/L H₂SO₄可实现Li/Fe高效浸出（>95%）而Al浸出率<15%，液固比>4:1时金属提取率趋于稳定。
• 温度敏感性：30°C下Al浸出率较60°C降低42%，证明低温可有效抑制Al₂O₃膜溶解动力学。
• 界面反应分析：SEM显示酸浸后铝颗粒表面仍保留完整氧化层，XRD证实未生成新物相，支持"动力学抑制"理论。

该研究突破传统高能耗工艺局限，首次阐明E-pH图在电池回收工艺设计中的指导价值，为复杂组分电池废料资源化提供新思路。相比碱性浸出、溶剂萃取等方法，本工艺无需添加剂且流程简洁，兼具经济效益与环境友好性，对推动锂电产业闭环发展具有重要实践意义。论文成果发表于环境领域权威期刊《Waste Management》，为全球电池回收技术路线选择提供中国方案。