废旧磷酸铁锂(LiFePO4)双循环升级策略：缺陷继承实现高性能钠离子电池

面对退役锂离子电池(LIBs)的环境挑战，研究团队创新性地将LiFePO4(LFP)阴极中的Fe空位(VFe′′)转化为钠离子电池(SIBs)的结构优势。通过缺陷继承策略制备的Na2FeP2O7(NFPO)阴极展现出6分钟快充(80% SOC)和4000次循环(10C)82.9%容量保持率，提出"失效转功能"的双循环回收模型，经济效益提升65%，环境足迹降低29%。

　　

随着电动汽车的爆发式增长，全球每年产生数百万吨退役锂离子电池，其中磷酸铁锂(LiFePO₄或LFP)电池占比超过40%。这些"电子垃圾"既含有珍贵的锂资源，也包含大量低价值的铁磷化合物。传统回收方法往往只提取高价值的锂，而将铁磷组分作为废料处理，不仅造成资源浪费，还面临严峻的环境压力。更棘手的是，长期循环导致的Fe空位(V_{Fe′′)一直被视作LFP性能衰退的"罪魁祸首"，但最新研究发现这些"缺陷"在钠离子电池中可能具有独特优势。如何变废为宝，将LIBs的失效机制转化为SIBs的设计策略，成为材料科学领域的前沿挑战。}

东北师范大学集成光电子学国家重点实验室的Xing-Long Wu团队在《National Science Review》发表突破性研究，通过"缺陷继承"策略实现了退役LFP的高值化升级。研究人员创新性地保留退役LFP中的V_{Fe′′缺陷，将其转化为Na2FeP2O7(NFPO)阴极的结构优势，开发出具有自适应性晶格呼吸机制的钠电正极材料。研究采用原位变温XRD追踪相变路径，结合几何相位分析(GPA)和X射线吸收精细结构(EXAFS)解析缺陷特征，通过密度泛函理论计算阐明电子结构演变，并建立全生命周期评估模型验证经济环境效益。}

监测结构转变

通过原位XRD捕捉到FePO₄·2H₂O向NFPO的三阶段转化路径：250°C以下保持Pnma相，400°C形成橄榄石型NaFePO₄中间相，450°C后最终生成具有[Fe₂O₁₁]二聚体结构的NFPO。这种三斜晶系P1相材料具有沿[011]方向的开放通道，为Na⁺迁移提供理想路径。

捕获结构空位

Rietveld精修证实NFPO-R(回收材料)比NFPO-D(商业材料)具有更大的晶胞参数(a=6.4239? vs 6.4192?)。几何相位分析显示NFPO-R存在均匀分布的晶格应变，HRTEM观察到明显的晶格畸变，这些特征均源自继承的V_{Fe′′缺陷。}

空位驱动的环境改变

Fe K-edge XANES显示NFPO-R中Fe的电子云密度增加，EXAFS拟合发现Fe-O-P键长缩短(2.73? vs 2.85?)。电子局域函数(ELF)分析揭示V_{Fe′′诱导电荷聚集，形成局域化电子态，使带隙从0.2801eV降至0.003eV，显著提升电子传导。}

电化学性能

NFPO-R展现出292.19 Wh/kg的能量密度，比NFPO-D高10.5%。在20C倍率下容量保持率达60%，6分钟即可充至80%SOC。4000次循环后容量保持率82.9%，高温(60°C)循环600次仍维持近100%库伦效率。

动力学与储钠机制

GITT测试显示NFPO-R的Na⁺扩散系数(9.261×10^-11 cm²/s)比NFPO-D高5.8倍，迁移能垒降低24.7%(0.64eV vs 0.85eV)。原位XRD揭示其通过固溶体-两相协同反应实现可逆储钠，体积变化仅3.48%，远低于NFPO-D的5.26%。

技术经济与生命周期评估

提出的双循环模型(锂回收+铁磷组分钠电转化)使净利润达3.29美元/kg，较传统方法提升65%。生命周期分析显示全球变暖潜势降低30.2