给电池“续命”，为土壤“增寿”，中国科学家巧解两道环保难题

你有没有想过，电动汽车退役下来的电池，有一天会变成农田里的肥料？

随着电动汽车的普及，锂电池正迎来规模化退役浪潮。其中，磷酸铁锂（LiFePO₄，LFP）电池因其安全性和长寿命，已在全球市场占据重要份额。但这些电池寿命有限，“退休”后该去哪里，始终是一道棘手的环保题与经济题。

退役电池的“身价”之谜

与含有钴、镍等有价金属的电池不同，LFP材料中几乎不含高价值金属，如果只回收其中的锂，利润微薄，甚至难以覆盖成本。然而，研究人员却发现了一个被长期忽视的“宝藏”：这些电池的电极材料中，磷的含量非常高——其有效成分（P₂O₅）比例接近40%，完全可以看作是一种高品位的“二次磷矿”，而这却在多数回收流程中被忽视。这一发现意义重大，因为磷矿资源不可再生，而传统农业中的磷肥流失导致农田土壤中的磷含量已难以满足作物的高产需求，亟需施加磷肥来补充植物所需的磷元素。

更巧妙的是，研究团队瞄准了缓释肥料领域的一个技术瓶颈——多数丙烯酸系缓释肥在酸性条件下网络结构不稳定，限制了其在酸性土壤中的应用。于是，一项创新技术应运而生：将退役电池中的磷，转化为适用于酸性土壤的“耐酸缓释磷肥”，同时高效回收锂。这不仅解决了LFP电池回收“不赚钱”的困境，突破了缓释肥的“酸敏感”瓶颈，还为缓解资源环境压力提供了新思路，真正实现了“变废为宝”的循环经济理念。

图1 由退役电池生产耐酸缓释磷肥的流程

（图片来源：作者整理）

四步法：将退役电池变为肥料

步骤一：正极材料剥离。通过温和的剥离液与超声波协同作用，把退役电池正极活性物质从铝箔上“震”下来，得到成分均匀的LFP黑粉，为后续工序备好原料。

步骤二：选择性提锂。采用过硫酸钠（Na₂S₂O₈）温和氧化，使Li⁺从LiFePO₄晶格中有选择性地浸出，铁和磷几乎不溶出；液相中的锂进一步转化为高纯度碳酸锂（Li₂CO₃）加以回收。

步骤三：高效释磷。脱锂后形成的FePO₄与硫化钠（Na₂S）反应，磷以HPO₄²⁻/H₂PO₄⁻形式进入溶液，最优条件下磷回收率超过99.5%。反应副产物NaFeS₂·2H₂O可作为光催化材料实现资源化利用。

步骤四：一体化制备缓释肥。含磷溶液与丙烯酸、尿素及交联剂在自由基聚合条件下反应，构建三维网络结构，最终制得具有耐酸缓释特性的耐酸缓释磷肥，构建了“磷资源回收—缓释肥制备”循环利用体系。

图2 耐酸缓释磷肥的反应机理与植物生长情况

（图片来源：参考文献[1])

技术解析：这是一项“聪明的技术”

1.精准的分离。传统回收方法像“一锅炖”，所有元素混在一起，分离困难。而新技术采用了“先锂后磷”的分步策略，利用过硫酸盐优先将锂从晶格中选择性浸出，实现铁、磷的固相保留；随后以硫化物处理FePO₄，将磷高效释放进入水相，让锂和磷互不干扰，各自高效回收。

2.让磷“成为结构的一部分”。传统回收是把磷简单的提取出来，而这项技术的核心突破在于，让回收的磷直接参与构建肥料的分子网络，其与丙烯酸链上的羧基形成密集氢键，如同“交联节点”，增强网络稳定性，并促进尿素与丙烯酸的聚合反应，形成更致密的三维结构。同时，HPO₄²⁻/H₂PO₄⁻兼具pH缓冲功能，可在酸性环境中稳定体系pH值。这些磷酸根离子不仅能增强网络稳定性，还能在酸性环境中起到缓冲作用。最终使得材料在酸性条件下具有更高的吸水保水能力与更平稳的养分释放行为。

3.为酸性土壤“量身定制”。耐酸缓释磷肥的表面具有“致密基层+多孔突起”的复合结构：致密部分防止养分过快释放，多孔部分则存储水分、调控扩散。FTIR分析证实磷以HPO₄²⁻/H₂PO₄⁻形态嵌入聚合物网络；热重与XRD结果进一步表明尿素同样参与了网络反应，而非简单物理包埋。因此，无论在酸性还是中性土壤中，它都能表现出优异且稳定的缓释性能。

资源、环境与农业的共赢

对退役电池回收行业：它突破了传统单一提取锂的局限，转向对锂、磷等多元素的协同回收与高值化利用。这意味着，回收不再是单一生产原始原料，而是可以根据需求，将废旧材料“定向设计”成具有特定功能的新产品，为退役电池找到了极具潜力的增值路径。

对农业与环境：这种由退役电池转化的新型缓释肥，在实验中能显著促进玉米生长，尤其在酸性土壤中效果突出。其独特的缓释特性，可确保磷养分缓慢稳定释放，从而大幅减少因雨水冲刷造成的磷流失，从源头降低水体富营养化和破坏土壤养分平衡的风险，为防治农业面源污染和保持土壤肥力提供了创新解决方案。

对经济循环：初步经济分析表明，若仅回收锂，处理每吨退役电池可能亏损约495美元；而引入“磷资源回收—缓释肥制备”新路径后，净收益可跃升至约2035美元。这一转变使退役电池从“处理难题”化为“资源机遇”，开创了环境与经济效益双赢的良性循环。

未来可期：让“电池肥料”走进更多的田野

攻关工程放大。当前重点是将实验室工艺转化为稳定、低耗的连续化生产。需系统优化反应条件，评估大型设备的运行稳定性与成本，为实现规模化应用奠定工程基础。

开展田间试验。耐酸缓释肥应用效果需进一步实践检验。计划在不同酸性土壤和作物中开展长期、多点的田间试验，验证增产效果，并评估其对土壤生态的长期影响，确保环境安全。

图3 玉米幼苗在(1)干旱土壤和(2)不同pH值下生长21天后的数码照片。

（图片来源：参考文献[1]）

拓展产品系列。未来将继续开发多元化产品。通过在磷肥中添加钾、钙等营养元素，定制适用于旱地、坡地、园艺等不同场景的专用缓释肥，提升产品适用性。

评估系统效益。将通过全生命周期评估，量化技术路线的碳足迹与经济效益。同时将该理念拓展至其他含磷废弃物，探索更广泛的“以废治废”新路径。

结语

这项研究巧妙地架起了一座桥梁，一端连接着蓬勃发展的新能源汽车产业，另一端通向关乎国计民生的绿色农业。它告诉我们，科技赋能循环经济，不仅能解决棘手的环保难题，更能开创出资源再生、环境友好、经济可行的多赢局面。或许在不久的将来，你驾驶的电动汽车电池“退役”后，其生命并不会终结，而是以另一种形式，滋养着千里之外的万亩良田。

参考文献：

[1]Xiao-Hui Yue, Cong-Cong Zhang, Wan-Bing Zhang, Yunfei Wang, Fu-Shen Zhang. Recycling phosphorus from spent LiFePO4 battery for multifunctional slow-release fertilizer preparation and simultaneous recovery of Lithium. Chemical Engineering Journal. 2021, 426, 131311.

出品：科普中国

作者：刘晏均（中国科学院生态环境研究中心博士生）、张聪聪（中国科学院生态环境研究中心副研究员）

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