废旧锂离子电池回收利用，废旧锂电池前处理技术

综述了近几年来国内外锂离子正极材料的发展概况及贵重金属回收利用现状。着重概述了钴酸锂正极材料的预处理方法、回收提纯钴元素的工艺技术现状。总结了多种从废旧锂离子电池中浸出和提纯工艺技术的优缺点, 对下一步废旧锂离子电池回收利用研究提出了建议。

消费电子产品的更新换代以及未来五年电动汽车电池 废进入周期, 废旧锂电池的数量将急剧上升, 若得不到妥善处理, 将会造成环境污染和资源的浪费。如何合理地回收并利用废旧锂离子电池有价元素, 提高资源回用率、减少环境污染已成为当前亟待解决的问题。回收并利用废旧锂离子电池有价元素具有重要的环境和经济意义。

锂离子电池结构与组成

锂离子电池由正极、负极、电解质溶液、集流体和隔膜等材料组成。其中正极材料制约了电池容量提高, 是锂电池制造的主要成本之一。常见的锂电池正极材料有Li CoO2、Li Ni O2、Li Mn2O4等, 负极主要是人造石墨, 电解液常用搭配Li PF6的烷基碳酸酯类溶剂, 如EC、PC、DMC、EMC等, 隔膜常用聚烯微孔膜PP、PE等, 粘结剂为PVDF, 外壳为铝或钢。

废旧锂电池的正极材料具有很高的经济价值, 特别是钴、锂含量较高的钴酸锂正极材料。回收金属钴是废旧锂离子电池回收利用的主要任务之一，通过对废旧锂电池中有价金属元素的浸出处理, 回收最具价值的钴、锂等元素, 兼顾回收电池外壳、隔膜等材料, 实现废旧资源的综合利用。

废旧锂电池前处理技术

废旧锂电池组成多样且材料性质差异巨大, 在回收利用过程中, 需要将电池进行预处理, 拆解各个组成部分并归类, 然后采用不同技术回收提纯有价金属。

预放电：

为了消除锂离子电池回收过程中的安全隐患, 必须进行预放电。主要的放电方法有浸泡法该方法简单可行, 是当前最常用的方法。

预分离：

废旧电池回收利用首先要实现活性物质与铝箔、塑料以及隔膜与金属物质的分离, 筛选出有价金属的电极材料, 以利于浸出和回收钴、锂等元素。常见的分离方法有手工拆解、机械粉碎、溶剂剥离、高温热处理等。

机械粉碎法

在工业化回收中常采用机械粉碎法, 直接或者剥离外壳后进行机械粉碎, 将塑料以及隔膜等较轻的物质采用风选或者浮选分离, 再通过磁选、筛分分离出金属铝、铜、电池金属外壳。分别采用机械粉碎与超声波震荡相结合的手段分离电极材料和金属物质, 其基本流程包括:破碎、筛分、超声和搅拌。首先将采用机械粉碎的方式处理废旧电池正极材料, 然后通过超声震荡、搅拌的过程, 在水介质或者有机溶剂中实现剥离。该法分离出来的正极材料, 晶体结构没有破坏, 具有良好的电化学性能, 可直接再利用。

有价金属浸出与回收技术

从预处理得到了的正极电极材料中浸出有价金属的方法研究较多。最常见的有酸浸出、碱浸出等方法, 然后再回收提纯有价金属元素。具有代表性的回收提纯方法主要有浮选法、沉淀法、溶剂萃取法、电沉积法。

总结：

加强废旧锂电池的分类和归集。国内外各厂家电池型号和结构不同、元素组成不一样, 回收的电池很难采用相同的回收处理工艺。需加强锂离子电池的成分标注管理和分类回收, 进行批量化回收处理。

研究开发绿色环保的综合回收利用技术。今后的研究中需兼顾电池正负极、电解液以及隔膜的综合回收, 注重回收工艺的可放大性和经济可行性, 鼓励企业和学者研究开发高效回收有价金属资源和无害化处理有毒化学物质的工艺技术, 提高废旧锂离子电池的回收利用率。