本研究由北京理工大学材料科学与工程学院的李权、赵思龙、袁月、杨默涵、曹文泽、谢亚兰、王萌、王静、辛宝平、吴锋、谭国强等研究者完成，通讯作者为王萌和谭国强。研究得到了国家自然科学基金（22479013）和中央高校基本科研业务费（2025CX01012）的资助。该成果发表于学术期刊 *Advanced Functional Materials*，于2026年3月31日投稿，2026年7月1日修订，2026年8月6日被接收，论文编号为e77740。

本研究属于锂离子电池回收与材料再生领域。磷酸铁锂（LiFePO₄，LFP）电池因其低成本、结构稳定和优异的安全性，成为目前应用最广泛的锂离子电池（LIBs）之一。然而，随着大量LFP电池达到使用寿命，退役电池的累积带来了严重的环境污染和资源浪费问题。传统的火法冶金（pyrometallurgy）和湿法冶金（hydrometallurgy）回收方法存在能耗高、流程复杂、二次污染风险大等缺点。相比之下，直接再生（direct regeneration）策略通过补充锂离子和修复晶体缺陷来恢复退役LFP正极材料的电化学性能，具有流程短、能耗低和环境友好的潜在优势。然而，直接再生的关键在于高效补偿缺失的锂离子并修复锂空位和铁-锂反位缺陷（Fe-Li antisite defects）。针对现有直接再生方法中反应温度高、处理时间长或使用昂贵有害试剂等问题，本研究提出了一种以碳酸锂（Li₂CO₃）为锂源、维生素C（vitamin C，VC）为还原剂的一步软化学再生策略，目标是实现退役LiFePO₄正极材料的低温、经济、绿色直接再生。

研究的工作流程包括退役电池拆解、再生材料制备、多层次结构与成分表征、电化学性能测试、原位X射线衍射（in situ XRD）分析、理论计算以及生命周期评估。首先，研究者选取了一块报废的37 Ah LFP//石墨（graphite，G）软包电池作为原料来源，该电池在1 C倍率下循环2000次后容量保持率为76.1%。通过标准化流程（电池拆解、电极分离、粉末浸泡、洗涤、过滤和干燥）获得废旧LFP（spent LFP，SLFP）材料。然后，将SLFP与Li₂CO₃和维生素C粉末在水热环境中混合，进行一步湿化学锂化再生。维生素C在反应中被氧化为C₆H₆O₆²⁻并释放H⁺，H⁺促进Li₂CO₃分解产生游离Li⁺和CO₂气泡，使Li⁺快速插入SLFP晶格并修复缺陷。根据VC与SLFP的质量比，将再生样品命名为RLFP-5%VC和RLFP-10%VC。在结构表征方面，X射线衍射（XRD）用于分析晶体结构和相组成，X射线光电子能谱（XPS）用于检测表面元素化学态和Fe²⁺/Fe³⁺比例，傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱（Raman spectroscopy）用于识别PO₄³⁻基团和FP相的特征振动。透射电子显微镜（TEM）和选区电子衍射（SAED）用于观察颗粒形貌和局部晶体结构，扫描电子显微镜（SEM）用于比较SLFP和RLFP的颗粒均匀性，电感耦合等离子体（ICP）分析用于测定Li/Fe摩尔比。在电化学测试中，使用扣式电池和2.1 Ah软包电池评估材料的循环伏安（CV）、恒电流间歇滴定（GITT）、充放电循环、倍率性能和电化学阻抗谱（EIS）。原位XRD用于观察充放电过程中的相变。密度泛函理论（DFT）计算用于模拟Fe离子迁移路径和能垒以及Li⁺插入形成能。最后，采用EverBatt 2023模型进行技术经济分析（TEA）和生命周期评估（LCA），比较直接再生与火法、湿法冶金在能耗、温室气体排放和成本方面的表现。

研究结果显示，SLFP由LiFePO₄和FePO₄（FP）两相组成，且XRD精修证实存在2.23%的Fe-Li反位缺陷。RLFP-5%VC中FP与LFP的峰强度比下降，表明部分相变，但未完全转化。RLFP-10%VC仅显示LFP衍射峰，说明FP完全转化为LFP，且Fe-Li反位缺陷降低至0.65%。衍射峰的右移也支持了反位缺陷减少导致晶胞体积收缩的解释。XPS分析表明，SLFP中同时存在Fe³⁺和Fe²⁺，而RLFP-10%VC中仅检测到Fe²⁺，进一步证实了Fe³⁺向Fe²⁺的还原和LFP相的修复。FTIR和Raman光谱中FP特征峰的消失也验证了这一相变。TEM和SAED显示SLFP颗粒表面主要存在FP相，内部存在缺陷区域，而RLFP-10%VC颗粒内外均为LFP相，晶格条纹周期性排列且无明显缺陷。深度刻蚀XPS表明RLFP-10%VC从表面到体相均保持纯LFP相。ICP结果显示RLFP-10%VC的Li/Fe摩尔比从SLFP的0.73提高到1.01，证实了有效的再锂化。

在电化学性能方面，RLFP-10%VC在0.1 C下比容量达到156.9 mAh g⁻¹，远高于SLFP的106.2 mAh g⁻¹。SLFP的首次库仑效率（ICE）高达137.4%，而RLFP-10%VC降至97.8%，这归因于SLFP中锂补偿效应和电极结构修复的综合作用。在1 C循环中，RLFP-10%VC在200次循环后保持143.2 mAh g⁻¹，1000次循环后保持120.7 mAh g⁻¹，容量保持率为81.1%。RLFP-10%VC的锂离子扩散系数（D_Li⁺）显著高于SLFP，电荷转移电阻（R_ct）增长也明显更慢。原位XRD结果表明，RLFP-10%VC在充放电过程中表现出高度可逆的LFP-FP两相转变，而SLFP则因预先存在的不可逆FP相而表现出较差的结构可逆性。在2.1 Ah软包电池验证中，RLFP//石墨电池在1 C下初始容量为2.1 Ah，250次循环后容量保持率为95.6%；在2 C下经过500次循环后容量保持率为89.5%。增量容量分析（dQ/dV）曲线显示峰位和面积变化很小，表明软包电池具有良好的电化学可逆性。

DFT计算表明，VC诱导的还原环境使Fe离子从Li位迁移回Fe位的能垒从2.07 eV降低至1.46 eV，表明还原环境促进了Fe-Li反位缺陷的修复。Li⁺插入形成能在VC存在下从−1.60/−1.89 eV降低至−2.30/−2.79 eV，说明还原结构增强了材料对Li⁺的亲和力。此外，VC修复后Fe-Li反位缺陷的再形成能从−1.76 eV（自发形成倾向）转变为0.72 eV（抑制形成），证明了再生材料的结构稳定性。生命周期评估表明，直接再生法的总能耗仅为4.69 MJ/kg电池，分别为火法冶金的21.1%和湿法冶金的22.7%；温室气体排放为428 g/kg电池，分别为火法的14.7%和湿法的31.2%。成本方面，直接再生法每公斤原料回收成本仅为1.15美元，为火法的32.6%和湿法的42.9%。再生LFP正极材料的价值占直接再生总收入的84.7%，每公斤原料的利润达到3.57美元，高于火法和湿法。

本研究的核心结论是，利用维生素C和碳酸锂的一步软化学直接再生方法可以实现退役LiFePO₄正极材料的100%结构修复，并通过扣式电池和2.1 Ah软包电池验证了再生材料的优异电化学性能和实际应用潜力。该方法具有反应条件温和、试剂廉价易得、环境友好和经济高效的优点。该研究的重要价值在于提供了一种可放大的退役磷酸铁锂电池闭环再生路径，为锂电池可持续回收提供了新思路。

本研究的亮点包括：首次将维生素C同时作为还原剂和温和酸源用于退役LFP的一步水热再生；系统地揭示了退役LFP从FePO₄到LiFePO₄的相转变机制和Fe-Li反位缺陷的修复过程；结合DFT计算阐释了VC诱导还原环境降低Fe迁移能垒和抑制反位缺陷再形成的机理；通过2.1 Ah软包电池验证了再生材料在接近实际工况下的应用潜力；并通过生命周期评估量化了直接再生相对于传统火法和湿法冶金在能耗、排放和成本方面的显著优势。