东华大学Nano Res. Energy：退役锂电池石墨负极回收正在从粗放重构走向精准再生

1. 背景

随着新能源汽车和储能产业快速扩张，锂离子电池退役潮正在把石墨负极推向资源循环的关键位置。石墨不仅是锂电负极的主流材料，也是被视为供应链安全和低碳制造共同约束的关键矿物；天然石墨资源分布集中，人工石墨制备又依赖高温石墨化，能耗和环境成本较高。相比正极回收中钴、镍、锂等金属带来的直接经济驱动，负极石墨长期被当作低价值副产物处理，导致回收工艺、产品定位与电池级再利用需求之间存在明显错配。

2. 论文概要

本文中，东华大学材料科学与工程学院朱美芳院士/徐桂银教授团队从产业现状、失效机理和学术再生策略三条线切入，指出当前石墨回收的核心矛盾并非“能否回收”，而是“是否按电池级材料需求回收”。文章认为，工业端常沿用酸碱浸出、高温处理等粗放路线，更多服务于杂质去除或低值利用；而石墨负极性能衰减主要来自表面 SEI 增厚、残余锂盐、粘结剂/电解液残留以及近表面晶格缺陷，主体石墨层状结构往往仍具可修复基础。因此，未来石墨负极回收应从整体重构转向失效位点导向的精准修复，通过上游精细拆解、选择性除杂、表面/近表面结构修复和低能耗瞬态处理，实现更高价值闭环。

3. 图文解读

图 1｜石墨负极回收的产业压力与典型流程

图 1 将石墨负极的材料价值、锂电出货增长、退役电池市场扩张和典型回收流程放在同一框架中：锂电需求推高电池级石墨消耗，退役电池又形成潜在二次资源，但实际流程仍多停留在检测、破碎、筛分、浸出/再生的通用路线。图中最重要的信息是，石墨负极回收并不是单一材料处理问题，而是受到电池拆解方式、黑粉组成、正极金属优先回收逻辑和负极再利用标准共同制约。

图 2｜废旧石墨负极的关键失效机理

图 2 说明循环后的石墨负极并非均匀失效，而是以表面和近表面退化为主：SEI 层持续增厚会阻碍锂离子传输并增加界面阻抗，锂枝晶、残余粘结剂和局部裂纹进一步削弱电极接触与动力学性能；近表面层间膨胀、边缘位错和点缺陷则抬高嵌锂阻力。该图为全文奠定机理基础，即若石墨本体结构仍较完整，回收策略就应优先面向界面清洁和局部结构修复。

图 3｜热处理与水辅助浸出的预处理路径

图 3 展示了两类典型预处理：一类通过热处理裂解粘结剂，实现集流体、正负极材料和石墨粉体分离；另一类利用水与嵌锂石墨反应产生的气体和界面作用，帮助剥离卷芯并降低活性材料暴露带来的风险。该图强调，预处理质量直接决定后续再生难度，越早减少铜箔、正极残留、电解液和粘结剂混入，后端修复工艺越容易从“复杂除杂”转向“精准再生”。

图 4｜废旧石墨负极再生的三类技术路线

图 4 将再生过程归纳为试剂辅助焙烧除杂、酸/水浸出结合煅烧再生、以及水浸出提锂并回收石墨三条路线，产物包括集流体、锂盐和再生石墨。其核心信息在于，不同路线对应不同目标：有的重在杂质去除，有的兼顾锂资源回收，有的尝试恢复石墨电化学性能；真正面向电池负极闭环的工艺，需要同时解决纯度、界面状态、晶格有序度和成本问题。

图 5｜闪蒸焦耳热、滚动焦耳热和等离子体等新兴再生技术

图 5 聚焦瞬态高温和局部能量输入技术：闪蒸焦耳热可在毫秒级升温以分解表面污染物并恢复石墨有序度，滚动加热和斜坡碳纸加热提高了连续处理的可能性，等离子体则利用表面局部作用实现选择性除杂和近表面修复。这些技术的共同价值是缩短处理时间、降低整体热负荷，并把能量集中到失效最严重的表面区域，但其放大应用仍需解决设备连续化、物料均匀性和工艺安全性。

4. 总结展望

本文的关键启示是，废旧石墨负极回收的高值化路径应建立在失效机理识别之上：工业端需要前移到精准拆解和低污染分离，减少黑粉混杂带来的后处理负担；技术端需要围绕 SEI 去除、残余锂盐调控、粘结剂/金属杂质清除和近表面晶格修复开发选择性工艺；评价端则应从简单纯度或碳含量指标转向电池级性能、成本、能耗和环境足迹的综合验证。随着原位/多尺度表征、瞬态热处理、等离子体表面工程和连续化装备的发展，石墨负极回收有望从低值资源化升级为电池材料闭环再制造，但真正产业化仍取决于上游拆解标准、工艺放大稳定性和再生石墨进入电池供应链的质量认证体系。

论文信息：Shan M, Wei K, Cheng L, et al. Toward sustainable graphite anode recycling: From degradation understanding to targeted regeneration. Nano Research Energy, 2026, 5: e9120230. https://doi.org/10.26599/NRE.2026.9120230.