你有沒有想過，電動汽車退役下來的電池，有一天會變成農田裏的肥料？

隨着電動汽車的普及，鋰電池正迎來規模化退役浪潮。其中，磷酸鐵鋰（LiFePO₄，LFP）電池因其安全性和長壽命，已在全球市場佔據重要份額。但這些電池壽命有限，“退休”後該去哪裏，始終是一道棘手的環保題與經濟題。

退役電池的“身價”之謎

與含有鈷、鎳等有價金屬的電池不同，LFP材料中幾乎不含高價值金屬，如果只回收其中的鋰，利潤微薄，甚至難以覆蓋成本。然而，研究人員卻發現了一個被長期忽視的“寶藏”：這些電池的電極材料中，磷的含量非常高——其有效成分（P₂O₅）比例接近40%，完全可以看作是一種高品位的“二次磷礦”，而這卻在多數回收流程中被忽視。這一發現意義重大，因爲磷礦資源不可再生，而傳統農業中的磷肥流失導致農田土壤中的磷含量已難以滿足作物的高產需求，亟需施加磷肥來補充植物所需的磷元素。

更巧妙的是，研究團隊瞄準了緩釋肥料領域的一個技術瓶頸——多數丙烯酸系緩釋肥在酸性條件下網絡結構不穩定，限制了其在酸性土壤中的應用。於是，一項創新技術應運而生：將退役電池中的磷，轉化爲適用於酸性土壤的“耐酸緩釋磷肥”，同時高效回收鋰。這不僅解決了LFP電池回收“不賺錢”的困境，突破了緩釋肥的“酸敏感”瓶頸，還爲緩解資源環境壓力提供了新思路，真正實現了“變廢爲寶”的循環經濟理念。

圖1 由退役電池生產耐酸緩釋磷肥的流程

（圖片來源：作者整理）

四步法：將退役電池變爲肥料

步驟一：正極材料剝離。通過溫和的剝離液與超聲波協同作用，把退役電池正極活性物質從鋁箔上“震”下來，得到成分均勻的LFP黑粉，爲後續工序備好原料。

步驟二：選擇性提鋰。採用過硫酸鈉（Na₂S₂O₈）溫和氧化，使Li⁺從LiFePO₄晶格中有選擇性地浸出，鐵和磷幾乎不溶出；液相中的鋰進一步轉化爲高純度碳酸鋰（Li₂CO₃）加以回收。

步驟三：高效釋磷。脫鋰後形成的FePO₄與硫化鈉（Na₂S）反應，磷以HPO₄²⁻/H₂PO₄⁻形式進入溶液，最優條件下磷回收率超過99.5%。反應副產物NaFeS₂·2H₂O可作爲光催化材料實現資源化利用。

步驟四：一體化製備緩釋肥。含磷溶液與丙烯酸、尿素及交聯劑在自由基聚合條件下反應，構建三維網絡結構，最終制得具有耐酸緩釋特性的耐酸緩釋磷肥，構建了“磷資源回收—緩釋肥製備”循環利用體系。

圖2 耐酸緩釋磷肥的反應機理與植物生長情況

（圖片來源：參考文獻[1])

技術解析：這是一項“聰明的技術”

1.精準的分離。傳統回收方法像“一鍋燉”，所有元素混在一起，分離困難。而新技術採用了“先鋰後磷”的分步策略，利用過硫酸鹽優先將鋰從晶格中選擇性浸出，實現鐵、磷的固相保留；隨後以硫化物處理FePO₄，將磷高效釋放進入水相，讓鋰和磷互不干擾，各自高效回收。

2.讓磷“成爲結構的一部分”。傳統回收是把磷簡單的提取出來，而這項技術的核心突破在於，讓回收的磷直接參與構建肥料的分子網絡，其與丙烯酸鏈上的羧基形成密集氫鍵，如同“交聯節點”，增強網絡穩定性，並促進尿素與丙烯酸的聚合反應，形成更緻密的三維結構。同時，HPO₄²⁻/H₂PO₄⁻兼具pH緩衝功能，可在酸性環境中穩定體系pH值。這些磷酸根離子不僅能增強網絡穩定性，還能在酸性環境中起到緩衝作用。最終使得材料在酸性條件下具有更高的吸水保水能力與更平穩的養分釋放行爲。

3.爲酸性土壤“量身定製”。耐酸緩釋磷肥的表面具有“緻密基層+多孔突起”的複合結構：緻密部分防止養分過快釋放，多孔部分則存儲水分、調控擴散。FTIR分析證實磷以HPO₄²⁻/H₂PO₄⁻形態嵌入聚合物網絡；熱重與XRD結果進一步表明尿素同樣參與了網絡反應，而非簡單物理包埋。因此，無論在酸性還是中性土壤中，它都能表現出優異且穩定的緩釋性能。

資源、環境與農業的共贏

對退役電池回收行業：它突破了傳統單一提取鋰的侷限，轉向對鋰、磷等多元素的協同回收與高值化利用。這意味着，回收不再是單一生產原始原料，而是可以根據需求，將廢舊材料“定向設計”成具有特定功能的新產品，爲退役電池找到了極具潛力的增值路徑。

對農業與環境：這種由退役電池轉化的新型緩釋肥，在實驗中能顯著促進玉米生長，尤其在酸性土壤中效果突出。其獨特的緩釋特性，可確保磷養分緩慢穩定釋放，從而大幅減少因雨水沖刷造成的磷流失，從源頭降低水體富營養化和破壞土壤養分平衡的風險，爲防治農業面源污染和保持土壤肥力提供了創新解決方案。

對經濟循環：初步經濟分析表明，若僅回收鋰，處理每噸退役電池可能虧損約495美元；而引入“磷資源回收—緩釋肥製備”新路徑後，淨收益可躍升至約2035美元。這一轉變使退役電池從“處理難題”化爲“資源機遇”，開創了環境與經濟效益雙贏的良性循環。

未來可期：讓“電池肥料”走進更多的田野

攻關工程放大。當前重點是將實驗室工藝轉化爲穩定、低耗的連續化生產。需系統優化反應條件，評估大型設備的運行穩定性與成本，爲實現規模化應用奠定工程基礎。

開展田間試驗。耐酸緩釋肥應用效果需進一步實踐檢驗。計劃在不同酸性土壤和作物中開展長期、多點的田間試驗，驗證增產效果，並評估其對土壤生態的長期影響，確保環境安全。

圖3 玉米幼苗在(1)乾旱土壤和(2)不同pH值下生長21天后的數碼照片。

（圖片來源：參考文獻[1]）

拓展產品系列。未來將繼續開發多元化產品。通過在磷肥中添加鉀、鈣等營養元素，定製適用於旱地、坡地、園藝等不同場景的專用緩釋肥，提升產品適用性。

評估系統效益。將通過全生命週期評估，量化技術路線的碳足跡與經濟效益。同時將該理念拓展至其他含磷廢棄物，探索更廣泛的“以廢治廢”新路徑。

結語

這項研究巧妙地架起了一座橋樑，一端連接着蓬勃發展的新能源汽車產業，另一端通向關乎國計民生的綠色農業。它告訴我們，科技賦能循環經濟，不僅能解決棘手的環保難題，更能開創出資源再生、環境友好、經濟可行的多贏局面。或許在不久的將來，你駕駛的電動汽車電池“退役”後，其生命並不會終結，而是以另一種形式，滋養着千里之外的萬畝良田。

參考文獻：

[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：科普中國

作者：劉晏均（中國科學院生態環境研究中心博士生）、張聰聰（中國科學院生態環境研究中心副研究員）

監製：中國科普博覽