近日，材料学院宋晓辉副教授团队在废旧锂离子电池石墨阳极再生领域取得重要进展 。研究利用创新的“一锅法”焦耳加热（One-pot Joule heating）技术，成功在废旧石墨表面原位构建了稳定的人造固态电解质界面（SEI）层，并生成硫化亚铁（FeS）纳米颗粒。相关成果近期发表在国际知名能源材料期刊《Energy Storage Materials》上，合肥工业大学为第一通讯单位。第一作者为材料科学与工程学院硕士研究生巫显麒，通讯作者为宋晓辉副教授，共同通讯作者为北京工业大学张兴宇副教授。

图1：利用焦耳加热技术原位再生快充石墨的工作流程与再生机制示意图

废旧石墨（SG）负极材料的回收对于实现“碳中和”目标至关重要。然而，当前的回收方法面临能耗高、环境污染严重，以及再生石墨（RG）在电池循环中容易出现性能衰减等挑战。针对这一难题，研究团队引入焦耳加热策略，以硫（S）为中间桥梁，利用极热过程在石墨表面接枝磷（P），形成了独特的 C-S-P 键 。同时，该过程将废旧阳极上残留的杂质直接转化为 FeS 纳米颗粒与无定形的 Li3PO4 涂层。

研究发现，这种精妙的结构设计在电池循环过程中，促进了富含 Li3P 的高效 SEI 层的原位生成。原位拉曼光谱（In-situ Raman）及多种表征证实，该 SEI 层极大增强了锂离子传输通道，赋予了材料优异的快充性能与结构稳定性。电化学性能测试表明，再生石墨在 3 C 的高倍率下循环 3000 次后，仍能提供 101 mAh g-1 的比容量，较商业石墨（CG）提升了近 2.5 倍。全电池和软包电池测试同样展现出卓越的工程化应用潜力。

此外，技术经济综合分析显示，该方法再生 1 kg 废旧石墨仅耗能 15.38 MJ、成本低至 5.79 美元，大幅优于传统高耗能回收工艺，且过程绿色环保 。该研究不仅为废旧石墨的高附加值回收提供了切实可行的解决方案，还前瞻性地探讨了废旧石墨再生闭环生命周期与人工智能（AI）融合以推动工业发展的广阔前景。

图2：电化学性能图

本研究获得了合肥工业大学人才启动计划、中央高校基本科研业务费、国家自然科学基金、安徽省重点研发计划及安徽省自然科学基金等项目的支持。同时，本研究获得了合肥原位科技有限公司在焦耳热实验设计方面的支持。本研究依托合工大分析测试中心的电镜平台，充分发挥了团队在多学科交叉、结构原位表征与材料机制研究方面的优势。该成果的取得，有力推动了我校在废旧电池高价值回收与功能纳米材料设计方向的国际影响力。

（宋晓辉/文图 薛传妹/审核）

责任编辑：程婷婷