廢舊鋰電池正極材料回收技術研究進展

摘要：在本篇文章當中，主要介紹國內外的三種廢舊鋰電池的正極材料回收技術，三種技術分別為火法冶金技術，濕法冶金技術以及生物冶金技術。通過對比以及研究分析，我們發現使用酸來進行浸出以及沉淀的濕法技術對于設備的需求跟能耗要求是比較低的，并且浸出的效率也比較高，因此將濕法冶金技術應用在鋰電池的正極材料的回收當中，屬于非常優異的一種技術。

關鍵詞：廢舊鋰電池;正極材料回收

可以發現，近些年來我國對于新能源汽車的發展非常的重視。根據相關的數據表明截止到2018年8月31號，我國的新能源汽車的生產量為59.8萬臺，銷售量為59.4萬臺。其動力電池的產量要比2016年的時候增長了22%左右。韓國跟日本是生產鋰電池的一個主要的生產國家。在2016年時統計全球的動力電池產品的生產量，日本的松下電池是全球排名第一的。韓國的lg以及三星分別排在第五位跟第九位。除了韓國跟日本以外，在動力電池生產前十名當中，其他的名次都是由中國的企業占據的。中國的鋰電池市場發展主要是從2017年開始的，并且迅速的擴張。動力電池的使用壽命是三到五年。所以說在2022年前后將會產生大批量的廢舊電池。因此，對廢舊電池進行資源回收現如今成為了一個非常現實的問題，并且對其進行資源回收也符合社會經濟的效益。有助于緩解全球的資源緊張和資源壓力問題。

一、鋰電池中的可回收組分和回收流程

鋰電池的電芯的主要構成部分包括極耳，正極片，不銹鋼外殼，負極片以及隔膜等等。除了隔膜跟電解液以外，鋰電池當中的含金屬的可回收的組成部分將近到了80%左右。國家一直都在對新能源汽車進行政策補貼。所以三元動力電池的市場份額要遠遠超過磷酸鐵鋰電池。CO以及Ni在廢舊三元電池當中的回收率是比較高的，并且回收價值也比較高。Co以及Ni屬于磁性金屬。將其從廢舊電池當中回收回來之后，可以用于磁性材料的合成與制作當中。在廢舊磷酸鐵鋰電池當中，回收價值最高的要數li。這是因為li的化學性能是目前電極正材料當中的最穩定的鐵基化合物。

二、火法回收和濕法回收預處理方法

在回收的過程當中，首先使用預處理的方法，這樣做的目的是為了將一些價值比較高的金屬收集起來。這些金屬富集起來之后，非常方便在日后的工序當中進行回收。預處理的過程主要包括三個部分，第一部分是放電，第二部分是拆解，第三部分是電級材料的分離。報廢的電池雖然已經報廢，不能夠再次使用，但是仍然存在著一定的電量，所以如果我們沒有對其進行處理而是直接拆解的話，有可能會導致電池的內部出現短路的情況，如果局部溫度過高的話，會導致整個電池突然起火。

在電池的放電當中，經常使用的一種手段是鹽溶液放電。這種方法在使用起來操作是比較簡單的，并且放電也比較徹底，在放電完成之后不會出現電量反彈的情況。電池在經過放電處理之后需要進行曬干，曬干完畢之后可以進行拆解。電池的拆解主要有兩種方法，一種是機械拆解，一種是手工拆解。比較常見的方法是手工拆解法。利用火法回收進行預處理，只需要把電芯進行粉碎，然后將粉碎后的電芯放到馬弗爐當中煅燒，這樣會得到不同的金屬合金以及金屬的氧化物。

濕法回收的預處理方法需要從混料當中篩選出正極材料，然后把材料浸泡在強堿水當中或者是一些有機溶劑當中，這樣有助于除去正極材料當中包含的一些粘結劑，然后將其進行烘干處理，研磨之后就可以得到正極用粉料。使用火法來回收其技術步驟，方法都比較簡單，并且步驟也比較短，處理量比較大，非常適合大規模的廢舊電池的處理。比較適用于一些大型的鋰電池回收企業。但是利用火法回收所得到的金屬的純度相對來說比較低，并且電解液在經過燃燒之后會產生一些有害的氣體，對于周圍環境的污染是比較大的。

三、電極材料中有價金屬的回收方法

針對于正極材料的回收來說，主要有三種方法，分別為火法冶煉，濕法浸出以及生物浸出法等，這三種方法都可以回收到正極當中的一些活躍金屬。

（一）火法冶煉

火法冶煉指的就是把廢舊鋰電池當中的混料放到高溫烘焙的環境當中，經過煅燒之后就可以得到金屬單質和氧化物。煅燒的溫度的高低取決于我們選取的焙燒的方法以及所提取的金屬的種類。使用高溫還原熔煉法，可以直接把焦炭做成原料，然后放到鋰電池的混料當中一起進行燃燒，就可以得到金屬合金。但是這樣的方法有一定的缺點，其耗材跟耗能都比較大，因為我們必須要擁有1600℃的高溫熔煉設備。另外，使用這樣的方法，其燃燒之后的雜質是比較多的。相對于高溫熔煉來說，銨鹽焙燒法需要的溫度比較低，并且回收材料的材質也比較純。有很多銨鹽在350℃就可以分解。也可以將火法焙燒以及施法進出技術進行結合。這樣對于鋰電池當中的各種金屬的回收來說都有比較好的效果，并且對于設備的需求也比較小，能夠為鋰電池正極材料的回收提供一種新的思路。火法冶金技術能夠處理大規模的鋰電池。缺點就在于會產生大量的有害氣體，需要設置尾氣處理裝置，這在無形當中用增加了火法技術的成本。

（二）濕法浸出

濕法浸出具有非常高的實用性，經常被用在鋼鐵冶煉以及金屬制備等等過程當中。在濕法浸出當中比較常見的試劑就是無機酸跟有機酸。

1.直接浸出。直接浸出法指的就是將預處理過后的材料用強酸或者是加入一些還原劑對其直接進行溶解。在強酸和預處理材料當中加入還原劑可以有效的加快浸出的速度。并且也能夠阻止二氧化硫等這一系列酸性氣體的產生。不同的酸對于不同的金屬會起到不同的浸出效果。在浸出的過程當中，使用還原劑又會對浸出效果起到促進或者是抑制的作用。就酸性來說，強酸的浸出率對于一大部分金屬來說，其效果是比較好的。而弱酸則需要使用還原劑對其進行輔助，才能夠表現出比較好的浸出效果。

2.堿溶解酸浸出。粉碎過后的鋰電池的混合料當中包括塑料膜，正負極碎片以及導電炭黑等等一系列的物質。使用堿溶解酸浸出法可以有效的從混合料當中提取出正極鋁片。這樣能夠實現廢舊鋰電池的完全無害化的回收。使用這種方法回收的主要依據就是鋁的兩性性質。

（三）生物浸出

生物浸出技術也可以稱為生物冶金技術。主要是使用微生物的代謝活動來幫助溶解跟回收廢舊電池當中的一些有價成分，這屬于一種新的技術。在自然界當中，存在著一些以礦石為食物的細菌，我們將其稱為適溫細菌。在高溫條件下，這些細菌能夠氧化礦石當中的一些金屬元素，并且讓這些金屬元素處于一個游離的狀態。進入游離狀態的金屬元素是可以被提取的。一些學者受此啟發，將生物浸礦技術使用到了鋰電池的正極材料回收到中，并且取得了非常良好的效果。

四、結語

將這三種技術進行比較，可以發現使用火法來回收缺陷是比較大的，因為火法回收的能耗跟設備的需求量都比較大。而且金屬的回收效率是很低的，我國目前正在推行環保計劃，因此在這樣的大背景下，是很難實施火法回收的，生物浸出法在整體效率上來說是比較低的并且菌種想要生存其對環境的要求是非常苛刻的。現如今，我國的生物冶金技術研究比較稀缺，因此在這樣的情況下不容易大面積的推廣生物浸出方法。而我國的濕法回收技術相對來說比較成熟，并且對于金屬的浸出率可以高達95%左右，生產成本也比較低，對設備的要求也比較低，很適合在工業上引入。

參考文獻：

[1]廢舊磷酸鐵鋰電池回收研究進展鄭瑩，劉禹，董超，- 《電源技術》 - 2014 [2]廢舊動力磷酸鐵鋰電池資源化回收技術研究進展楊芳，吳正斌，徐亞威，- 《有色金屬：冶煉部分》 - 2017 -

作者簡介：

徐秋紅，惠州億緯鋰能股份有限責任公司。