近日，东北大学材料科学与工程学院王福会教授团队徐大可教授课题组在生物回收废旧锂电池领域取得突破进展，相关研究成果以"Ascorbate-Promoted Whole-Cell Biocatalysis for Lithium Bio-Recovery from Spent LiFePO4 Cathodes"为题发表于国际权威期刊ACS NANO(10.1021/acsnano.6c12587)。博士生夏秋丽，硕士生杨传威和张丹妮副教授为共同第一作者，徐大可教授和张丹妮副教授为共同通讯作者，东北大学为第一完成单位和唯一通讯单位。
随着磷酸铁锂电池的大规模应用，退役电池数量持续攀升，废旧正极材料中锂资源的高效回收已成为电池循环利用领域的关键课题。传统湿法冶金工艺高度依赖强酸、高温及过量还原剂，能耗高且易造成二次污染。生物浸出虽具备反应温和、环境负荷低等优势，但仍面临浸出速率慢、锂提取率不足及高固液比下细胞活性下降等瓶颈。氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans）能快速氧化葡萄糖生成葡萄糖酸，并拥有活跃的吡咯喹啉醌（PQQ）氧化还原体系。基于此，本研究引入抗坏血酸调控全细胞催化过程，以提升废旧磷酸铁锂中锂的溶出效率，并系统揭示了抗坏血酸、细胞代谢与正极材料之间的协同作用机制。
图 氧化葡萄糖酸杆菌生物浸出废旧磷酸铁锂电池及后续产物应用示意图
本研究构建了抗坏血酸促进的氧化葡萄糖酸杆菌全细胞生物催化体系，用于废旧磷酸铁锂正极材料中锂的高效回收。在10.0 g/L固液比条件下，经7天生物浸出，25 mM抗坏血酸协同氧化葡萄糖酸杆菌可将锂浸出率从59.2%提升至92.7%。对照实验显示，抗坏血酸单独作用时锂浸出率约为59.8%，灭活细胞体系的浸出率显著低于活菌体系，表明该过程并非单纯由葡萄糖酸酸解驱动，而是抗坏血酸、细胞组分与活细胞代谢产物协同作用的结果。机理研究表明，抗坏血酸可参与PQQ/PQQH₂氧化还原循环，促进活性氧（ROS）生成；体系中的质子和活性氧协同破坏磷酸铁锂晶体结构，推动锂的释放。同时，抗坏血酸还能络合铁离子、缓解氧化胁迫，并调控铁的溶解与再沉积过程。在此基础上，研究团队构建了“全细胞催化浸出—浸出液净化—磷酸锂制备—含铁残基功能化利用”的梯度资源化路线。浸出液中的锂可进一步转化为高纯度磷酸锂，实现了从废旧正极材料到有价锂盐产品的完整回收。含铁浸出残基亦展现出功能材料应用潜力：光催化实验表明，该残基可用于亚甲基蓝和罗丹明B的降解，经3次循环后，16小时内仍可分别保持约80%和83%的降解能力。
该研究为废旧磷酸铁锂电池中锂的温和、高效生物回收提供了一种新型全细胞催化策略，有望推动单一金属浸出方法向兼具锂回收、残基增值和废水减量功能的闭环生物回收平台发展。上述工作得到国家杰出青年科学基金、辽宁省“兴辽英才计划”等项目的资助。
