论文来源Small, 2026, Nucleation of Battery‐Grade Li₂CO₃ Driven by Nanobubbles for Spent Battery Recycling核心亮点La(OH)₃选择性吸附除杂 超细纳米气泡强化传质 低温液相合成高性能LFP一、研究背景与技术痛点在湿法回收退役磷酸铁锂LFP电池的工艺链中富锂溶液的净化与碳酸锂的沉淀结晶是两个关键瓶颈杂质共沉淀问题传统工艺采用NaOH分步沉淀Fe³⁺再利用Na₂CO₃转化除P。此过程不仅引入大量Na⁺杂质且微量P易形成Li₃PO₄残留于产品中影响后续正极材料的电化学性能。碳酸锂结晶控制难常规CO₂通气法存在气液传质效率低、CO₂利用率不足的问题通常需要90°C高温及后续的研磨筛分工序能耗高且锂损耗大。针对上述问题本文提出了一种集成镧基吸附净化与纳米气泡Nanobubble, NB结晶的短流程工艺。二、关键技术路线与机理1. 镧基吸附剂同步脱除Fe与P研究选用La(OH)₃作为除杂吸附剂利用其在宽pH范围内的正电性Zeta电位吸附阴离子。吸附机制通过Langmuir与Freundlich模型拟合证实其为物理-化学复合吸附。La(OH)₃表面通过配体交换与H₂PO₄⁻结合生成La-O-P键FTIR显示峰位由613 cm⁻¹移至617 cm⁻¹。Fe³⁺去除路径由于Fe(OH)₃的Ksp远小于FePO₄溶液中的Fe³⁺优先与吸附过程中释放的OH⁻结合生成Fe(OH)₃沉淀而非FePO₄。性能数据在pH4、投加量0.1 g/L条件下对P和Fe的去除率分别达到99.49%和96.75%。吸附剂可通过NaOH-NaCl体系再生5次循环后稳定性保持98%以上。2. 纳米气泡强化CO₂传质与成核传统通气方式如6mm软管、5μm微孔曝气产生的气泡上升速度快界面反应时间短。本研究引入超细纳米气泡发生器(上海行恒科技)处理CO₂。物理特性优势纳米气泡直径200 nm具有低浮力、高内压、长停留时间及缓慢上升速率的特点。成核调控纳米气泡在液相中提供了巨大的气-液界面显著提高了局部过饱和度诱导Li₂CO₃发生均相成核抑制了大颗粒团聚体的生长。热力学优化由于纳米气泡的高内能反应温度可由传统的90°C降至60°C且无需后续研磨工序。三、产物表征与电化学验证1. 电池级Li₂CO₃指标纯度经ICP-OES检测NB-CO₂法制备的Li₂CO₃纯度为99.77%主要杂质Na含量极低。形貌SEM/HRTEM显示产物为单一的单斜晶相晶格条纹间距0.4159 nm对应(110)晶面无NaNO₃等水溶性杂质包裹。2. 再生LFP正极性能将制得的Li₂CO₃通过固相法合成LFP标记为NB-LFP并进行电化学测试比容量与电压在0.1C倍率下初始放电容量达152 mAh/g平均放电电压平台为3.42 V能量密度达527 Wh/kg优于商业LFP127 mAh/g。倍率性能在1C倍率下容量为141 mAh/g5C高倍率下容量保持率为77%。循环稳定性1C循环1000次后容量保持率仍达84%。dQ/dV曲线显示其氧化还原峰极化仅为0.04 V远低于传统工艺产品0.07 V表明材料结构稳定性更强。四、技术经济与环境评估TEEA基于生命周期评价LCA方法对比了三种工艺路线碳酸钠法、微米气泡法、纳米气泡法指标传统Na₂CO₃法微米气泡法 (MB)纳米气泡法 (NB)能耗 (MJ/kg Li₂CO₃)​21.2313.4510.40​碳排放 (kg CO₂eq/kg)​2.991.260.74 (质量分配)​负碳排放潜力​无无-3.77 (价值分配)​生产成本 (CNY/kg)​6.774.522.90​注价值分配法考虑了CO₂捕集利用的环境效益。结论纳米气泡法取消了高温加热、破碎筛分等高能耗环节利用工业废气CO₂作为原料实现了工艺过程的显著降耗与降本。五、总结与展望本研究证实了纳米气泡技术在电池材料合成领域的应用潜力工艺简化实现了“吸附-沉淀”一体化避免了传统工艺的多步洗涤与除杂。品质提升通过调控成核动力学直接获得粒度分布均匀的电池级前驱体。通用性该技术不仅适用于退役电池回收同样可拓展至盐湖卤水提锂及锂矿石加工领域。未来工作可聚焦于纳米气泡发生器的工程放大与长期运行的稳定性优化以推动该技术的工业化落地。发布说明本内容为对一篇开放获取CC BY 4.0学术论文的翻译与解读旨在进行知识分享与技术交流不涉及任何商业用途。所有科学观点均归原作者所有。