废旧锂电池的回收工艺

吴昺坤 王觉 张健庭

华北理工大学冶金与能源学院

一、钴酸锂

Xiaoping Chen[1]等提出了利用湿法冶金探究在温和浸出条件下使用磷酸作为浸出剂和沉淀剂，从阴极材料LiCoO2中回收有价值的金属的可能性。根据浸出结果，在优化的浸出条件为40℃，在60min内且仅涉及浸出和过滤，就可以分离并回收超过99%的Co。根据对数速率动力学模型研究了浸出动力学，所得结果表明Co和Li的浸出与该模型非常吻合，Co和Li的活化能（Ea）分别为7.3和10.2 kJ/mol。最后，从表征结果中可以发现，所获得的产物是97.1%的纯磷酸钴。

二、镍酸锂

镍酸锂是一种多功能材料，被认为是多用途光学元件和光子电路最有前途的平台之一。研究人员将回收的废旧锂电池焙烧预处理后与芦苇粉混合，利用硫酸和硝酸的混合溶液对预处理后的正极材料进行搅拌浸出，固液分离，得到所需浸出溶液。这种方法明显加快了反应速度，并且在较低的酸度下就可以浸出得到回收物；对于硝酸和硫酸的需求量也比较低；层状结构的破坏大大提高了金属浸出率；减少了废弃物处理费用，无论是经济效益还是环境效益都可以达到最大化；过程在封闭空间内发生，防止了氮氧化物逸出造成的环境问题。

三、磷酸铁锂

韩小云[2]等人通过利用NaOH溶液浸泡废弃材料分离废旧磷酸铁锂电池的铝箔和正极材料，所得铁和锂的浸出率分别为96.6%和97.0%。祝宏帅[3]等人以磷酸和双氧水溶液不含金属铝的失效磷酸铁锂正极材料对锂进行浸出，测定发现测定溶液中锂离子和铁离子的浓度，研究了加入硫酸和双氧水的量、固液质量比等诸多条件对锂浸出率的影响，并发现在最优条件下锂浸出率为99.21%，铁浸出率为99.99%。潘英俊[4]等人对磷酸铁锂正极片回收及再利用，通过碱溶液促使实现活性物质与铝箔分离。所的产物与稀酸溶液混合，经过清洗、干燥和除杂，加入含有铁金属或锂金属的化合物以调整元素摩尔比，最后通过加入蔗糖在氩氢混合气氛中煅烧。

四、其它

Jialiang Zhang[5]等提出了一种从废弃锂电池的锂镍钴锰（NCM）阴极中回收有价金属的联合工艺。在此过程中，首先用碳质还原剂焙烧阴极废料，然后采用碳酸水浸出法从焙烧的阴极中选择性提取锂。最后，将获得的残余物浸入硫酸溶液中以回收Co，Ni和Mn。结合热力学分析，浸出实验和表征进行了系统研究，以探讨操作条件和浸出机理的影响。结果表明，通过向浸出系统中注入CO2可以显着改善Li的浸出，并且可以在10min内以较低的液固比浸出80%以上的Li。 酸浸工艺更有效，更经济，这归因于还原焙烧后具有高活性的金属的低价态的转变。

锂金属阳极由于其最低的还原电位和高的比容量而成为电池领域的圣杯； 然而，由于树枝状晶体和不稳定的固体电解质中间相的存在，严重的安全隐患和较差的循环稳定性阻碍了其应用。 针对这些问题，科学家们提出了具有独特的竖立结构的螺旋形Li阳极。 直立的结构使盘绕的Li阳极具有丰富的内部反应界面/空间/质量，以进行锂沉积/存储/传输，从而可以诱导Li树枝状晶体和SEI的内部生长。 通过现场观察和数值模拟，阐明了盘绕式锂阳极的锂离子迁移/沉积行为及机理。 得益于体积膨胀小和足够的Li +传输，卷曲的Li阳极与Li4Ti5O2阴极相结合在5C下可获得超过2000个循环的长寿命，可逆容量为129 mAh/g，库仑效率为100%。

五、结语

在提倡节能环保的今天，锂电池具有极大的优势，已被广泛用作便携式电子设备的电源，并正在进入运输和电网应用，迫切需要新的电池设计来满足对高能量密度电池不断增长的需求，由于锂离子电池的复杂物理化学性质，很难识别导致电池退化和故障的内部变化。数据融合分析是通过使用超声波感应数据来构建新的电池运行状况指示器来实现的，从而扩展了传统电池管理系统的功能。因此锂电池的回收也应被重视起来。唯有不断改进现有方法，同时发现新的方法回收方法并提高效率和成本的协调关系。同时，随着锂电池种类的逐渐增多，能否广泛推广是很重要的因素，即锂电池的回收应该与锂电池的制备达到同样的重视程度。