茶ポリフェノールを利用してリチウム鉄リン酸電池カソードを再生(Tea Polyphenol-powered Strategy Revives Retired LiFePO₄ Cathodes)

2025-09-17 中国科学院(CAS)

電気自動車の普及に伴い、使用済みリチウムイオン電池の大量廃棄が環境・資源問題として顕在化している。中国科学院合肥物質科学研究院を中心とする研究チームは、天然由来の茶ポリフェノールを用いた電子供与型修復戦略により、劣化したリン酸鉄リチウム(LiFePO₄)正極材料を直接再生する手法を開発した。茶ポリフェノールとリチウム塩の相乗効果により、劣化相であるFePO₄をLiFePO₄へと再変換し、Li–Fe反サイト欠陥を低減。さらに、アルミニウム源を導入することで、損傷部位に選択的なAlPO₄/Li₃PO₄複合被膜を形成し、電子・イオンの高速輸送経路を再構築した。加えて、Alの部分ドーピングにより構造安定性と寿命も向上。本手法は低コスト・低環境負荷で、従来法に代わる有望な電池リサイクル技術を示した。

茶ポリフェノールを利用してリチウム鉄リン酸電池カソードを再生(Tea Polyphenol-powered Strategy Revives Retired LiFePO₄ Cathodes)
Schematic diagram of direct repair and regeneration mechanism for the retired LiFePO₄ cathodes. (Image by LIU Yuanyuan)

<関連情報>

天然電子供与体による修復と標的表面再構成による劣化LiFePO 4正極材料の直接リサイクル Direct Recycling of Degraded LiFePO4 Cathode Material via Natural Electron Donors Healing and Targeted Surface Reconstruction

Yuanyuan Liu, Jin Bai, Ruyu Shi, Peiyao Wang, Ke Xiao, Siya Wang, Shiyu Qiu, Xianlong Wang, Xuebin Zhu, Kaishuai Yang, Guangmin Zhou, Bangchuan Zhao, Yuping Sun
Advanced Materials  Published: 13 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202511246

Abstract

Direct regeneration of spent cathode materials is crucial for the sustainable development of the new energy vehicle industry. However, owing to the lack of targeted surface repair strategies, the regenerated LiFePO4 (LFP) always faces some issues, such as Fe ions re-migration and sluggish Li+ diffusion, or a serious trade-off between restored specific capacity and stability. Herein, an integrated bulk and surface restoration strategy is proposed to regenerate spent LFP (S-LFP) via using natural tea polyphenols as electron donors to reduce Fe (III) phase and heal anti-site defects in the bulk, and introducing a hybrid AlPO4/Li3PO4 (AP/LP) patching coating at the fracture of carbon layer on LFP for targeted surface reconstruction, accompanied by Al doping into the bulk LFP. Theoretical calculations reveal that AP/LP patching coating forms a dual electron- and ion-conducting layer with the residual carbon layer, coupling with strengthened Fe─O bonding by Al doping, to improve kinetics and stability of LFP during cycling. The optimized regenerated LFP cathode exhibits a capacity of 124.3 mAh g−1 after 400 cycles at 2C with a capacity retention of 92.1%. This scalable healing and stabilizing strategy have large potential to strike a balance between specific capacity repairing and stability improvement in the regeneration process.

0402電気応用
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