东华大学Nano Res. Energy：退役锂电池石墨负极回收正在从粗放重构走向精准再生

1. 背景随着新能源汽车和储能产业快速扩张锂离子电池退役潮正在把石墨负极推向资源循环的关键位置。石墨不仅是锂电负极的主流材料也是被视为供应链安全和低碳制造共同约束的关键矿物天然石墨资源分布集中人工石墨制备又依赖高温石墨化能耗和环境成本较高。相比正极回收中钴、镍、锂等金属带来的直接经济驱动负极石墨长期被当作低价值副产物处理导致回收工艺、产品定位与电池级再利用需求之间存在明显错配。2. 论文概要本文中东华大学材料科学与工程学院朱美芳院士/徐桂银教授团队从产业现状、失效机理和学术再生策略三条线切入指出当前石墨回收的核心矛盾并非“能否回收”而是“是否按电池级材料需求回收”。文章认为工业端常沿用酸碱浸出、高温处理等粗放路线更多服务于杂质去除或低值利用而石墨负极性能衰减主要来自表面 SEI 增厚、残余锂盐、粘结剂/电解液残留以及近表面晶格缺陷主体石墨层状结构往往仍具可修复基础。因此未来石墨负极回收应从整体重构转向失效位点导向的精准修复通过上游精细拆解、选择性除杂、表面/近表面结构修复和低能耗瞬态处理实现更高价值闭环。3. 图文解读图 1石墨负极回收的产业压力与典型流程图 1 将石墨负极的材料价值、锂电出货增长、退役电池市场扩张和典型回收流程放在同一框架中锂电需求推高电池级石墨消耗退役电池又形成潜在二次资源但实际流程仍多停留在检测、破碎、筛分、浸出/再生的通用路线。图中最重要的信息是石墨负极回收并不是单一材料处理问题而是受到电池拆解方式、黑粉组成、正极金属优先回收逻辑和负极再利用标准共同制约。图 2废旧石墨负极的关键失效机理图 2 说明循环后的石墨负极并非均匀失效而是以表面和近表面退化为主SEI 层持续增厚会阻碍锂离子传输并增加界面阻抗锂枝晶、残余粘结剂和局部裂纹进一步削弱电极接触与动力学性能近表面层间膨胀、边缘位错和点缺陷则抬高嵌锂阻力。该图为全文奠定机理基础即若石墨本体结构仍较完整回收策略就应优先面向界面清洁和局部结构修复。图 3热处理与水辅助浸出的预处理路径图 3 展示了两类典型预处理一类通过热处理裂解粘结剂实现集流体、正负极材料和石墨粉体分离另一类利用水与嵌锂石墨反应产生的气体和界面作用帮助剥离卷芯并降低活性材料暴露带来的风险。该图强调预处理质量直接决定后续再生难度越早减少铜箔、正极残留、电解液和粘结剂混入后端修复工艺越容易从“复杂除杂”转向“精准再生”。图 4废旧石墨负极再生的三类技术路线图 4 将再生过程归纳为试剂辅助焙烧除杂、酸/水浸出结合煅烧再生、以及水浸出提锂并回收石墨三条路线产物包括集流体、锂盐和再生石墨。其核心信息在于不同路线对应不同目标有的重在杂质去除有的兼顾锂资源回收有的尝试恢复石墨电化学性能真正面向电池负极闭环的工艺需要同时解决纯度、界面状态、晶格有序度和成本问题。图 5闪蒸焦耳热、滚动焦耳热和等离子体等新兴再生技术图 5 聚焦瞬态高温和局部能量输入技术闪蒸焦耳热可在毫秒级升温以分解表面污染物并恢复石墨有序度滚动加热和斜坡碳纸加热提高了连续处理的可能性等离子体则利用表面局部作用实现选择性除杂和近表面修复。这些技术的共同价值是缩短处理时间、降低整体热负荷并把能量集中到失效最严重的表面区域但其放大应用仍需解决设备连续化、物料均匀性和工艺安全性。4. 总结展望本文的关键启示是废旧石墨负极回收的高值化路径应建立在失效机理识别之上工业端需要前移到精准拆解和低污染分离减少黑粉混杂带来的后处理负担技术端需要围绕 SEI 去除、残余锂盐调控、粘结剂/金属杂质清除和近表面晶格修复开发选择性工艺评价端则应从简单纯度或碳含量指标转向电池级性能、成本、能耗和环境足迹的综合验证。随着原位/多尺度表征、瞬态热处理、等离子体表面工程和连续化装备的发展石墨负极回收有望从低值资源化升级为电池材料闭环再制造但真正产业化仍取决于上游拆解标准、工艺放大稳定性和再生石墨进入电池供应链的质量认证体系。论文信息Shan M, Wei K, Cheng L, et al. Toward sustainable graphite anode recycling: From degradation understanding to targeted regeneration. Nano Research Energy, 2026, 5: e9120230. https://doi.org/10.26599/NRE.2026.9120230.