引言
锂离子电池（LIBs）凭借高能量密度和长寿命，已成为现代能源体系的基石，广泛应用于便携式电子产品和新能源汽车（NEVs）等领域[1], [2], [3], [4]。锂离子电池的工作原理是通过锂离子在正负极材料之间的嵌入与脱出来实现[5], [6]。石墨因其优异的导电性和储锂能力，是锂离子电池负极材料的主导选择[7], [8], [9]。随着新能源汽车产业的爆发式增长，石墨需求急剧攀升。仅2024年，全球石墨负极材料出货量就达220.6万吨，中国占据95.9%的市场份额[10], [11], [12], [13]。这一巨大规模彰显了石墨在能源存储中的关键主导地位。然而，随着这些电池达到使用寿命终点，石墨负极缺乏高效的回收策略，带来了严峻的环境和资源挑战，亟需技术创新干预。
当前回收技术面临显著的技术和经济障碍。传统火法冶金工艺通常将石墨视为可燃燃料而非可回收资源，导致大量材料损失[14], [15], [16]。相反，湿法冶金方法依赖强酸强碱处理，会破坏石墨晶体结构，降低其电化学性能[17], [18]。此外，与锂和钴等正极金属相比，石墨的利润较低，阻碍了工业投资，导致大量石墨被填埋处理[19], [20], [21], [22]。尽管研究人员提出了替代方案，如Al-Shammari等人的密度分离法[23]、Song等人的碳热冲击法[24]以及Adigun等人的离子液体萃取法[25]，但这些方法往往存在能耗高、二次污染或效率低等问题。因此，它们未能完全契合双碳目标，凸显了开发更绿色、更高效回收策略的紧迫性。
近年来，人工智能辅助计算方法和新型能源材料/器件的进展为储能材料的性能优化和可持续回收提供了新的视角和技术参考[26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34]。为克服上述局限性，我们提出了一种将加热辅助酸浸与氮气退火相结合的综合协同策略[35], [36], [37], [38], [39]。该方法在其他领域已证明有效，如高纯TiO2提取和LiFePO4再生[40], [41]。在此策略中，加热辅助浸出加速反应动力学，选择性地溶解杂质[42], [43], [44], [45], [46]。随后的氮气退火创建惰性环境，防止再氧化，同时驱动晶格重排和缺陷修复[47], [48], [49], [50]。这一双步工艺不仅纯化石墨，还恢复其结构完整性，从而优化结构稳定性、表面反应活性和电子导电性等关键物理化学性能，为高值石墨回收提供了可靠方案。
本研究开发了一种稳健的干湿协同再生工艺，实现了99.9%的纯度和低缺陷密度（ID/IG = 0.125）。其核心机制是利用不同阶段间的功能协同效应，实现废旧石墨（SG）的深度纯化和结构再生。具体而言，加热辅助酸浸高效溶解金属杂质，随后在氮气气氛下进行高温退火，抑制氧化并促进无序碳原子的重排。电化学性能方面，回收石墨（RG）在0.1C倍率下放电比容量高达431.8 mAh g?1，在0.5C倍率下经800次循环后仍保持382.6 mAh g?1。系统评估了再生石墨在环境温度下超过一年的储存性能，结果表明石墨内部结构在储存期间保持高度稳定，这为回收石墨材料的实际储存、运输和工业应用提供了重要的数据支撑。此外，通过实验研究与多尺度表征（SEM、XRD、拉曼光谱、XPS）相结合，阐明了酸浸步骤和退火步骤各自的贡献以及它们的协同效应，为废旧石墨负极的低成本绿色再生提供了坚实的实验基础和理论指导。
