磷酸铁锂电池是新能源汽车主要装配电池,其报废量随着新能源汽车行业的蓬勃发展而不断激增。磷酸铁锂电池正极材料中含有稀有轻金属锂,具有重要的资源再生价值。目前有关废旧磷酸铁锂电池中锂的再生回收技术研究报道较少,且存回收率偏低、再生锂（或锂化合物）中杂质离子多等问题。本论文选用溶剂萃取法作为废旧磷酸铁锂电池中锂再生回收的主要技术手段,通过模拟试验分析了磷酸三丁酯高效萃取锂离子的主要作用因子和调控关键,较为深入地研究了磷酸三丁酯萃取分离回收正极材料中锂的适宜条件及锂、铁的转移行为,并借助拉曼光谱等分析方法探讨了磷酸三丁酯选择性提取锂的作用机理,相关研究成果可为高效回收废磷酸铁锂电池中锂提供重要参考。本论文首先通过模拟试验研究了氯离子供给剂、Fe³⁺与Li⁺摩尔比以及Cl^-浓度对磷酸三丁酯萃取锂离子效果的影响,结果得出在使用FeCl₃、AlCl₃作为氯离子供给剂,向水溶液中提供5mol/L的氯离子,且保证水溶液中的Fe³⁺与Li⁺的摩尔比为1.5为最佳萃取条件。该条件下,磷酸三丁酯对不同浓度的Li⁺的萃取率皆可达到85%以上。使用盐酸进行反萃,6mol/L条件下反萃率为91%。根据模拟试验结果,针对废旧磷酸铁锂电池正极材料中同时含有铁、锂的特点,利用盐酸与过氧化氢组成的浸出体系,获取同时含有一定浓度的氯化铁、氯化锂的溶液,通过补充协萃剂并进一步优化萃取条件,构建了磷酸三丁酯高效分离回收正极中锂的适宜条件。在相比O/A为0.5时、经过二级萃取,锂离子萃取率为92%。用6mol/L盐酸对有机相中的Li⁺进行三级反萃后,反萃率为93%。通过磷酸三丁酯选择性萃取锂离子,可有效控制正极材料中的伴随元素的同步转移,获取的高纯锂离子溶液有利于制备锂或锂化学品。最后本论文借助拉曼光谱、离子色谱等技术手段,通过分析萃取有机相的拉曼光谱图、萃余液中Cl^-浓度变化,以及将拉曼光谱图中有机物特征峰面积与水溶液中的Li⁺浓度进行对比,研究发现磷酸三丁酯萃取过程锂离子与[FeCl₄]^-络合阴离子的同步转移规律,由此揭示正极材料中锂是以[LiFeCl₄]·nTBP的形式被萃取分离机制。