废旧锂电池正极材料回收技术研究进展

摘要：在本篇文章当中，主要介绍国内外的三种废旧锂电池的正极材料回收技术，三种技术分别为火法冶金技术，湿法冶金技术以及生物冶金技术。通过对比以及研究分析，我们发现使用酸来进行浸出以及沉淀的湿法技术对于设备的需求跟能耗要求是比较低的，并且浸出的效率也比较高，因此将湿法冶金技术应用在锂电池的正极材料的回收当中，属于非常优异的一种技术。

关键词：废旧锂电池;正极材料回收

可以发现，近些年来我国对于新能源汽车的发展非常的重视。根据相关的数据表明截止到2018年8月31号，我国的新能源汽车的生产量为59.8万台，销售量为59.4万台。其动力电池的产量要比2016年的时候增长了22%左右。韩国跟日本是生产锂电池的一个主要的生产国家。在2016年时统计全球的动力电池产品的生产量，日本的松下电池是全球排名第一的。韩国的lg以及三星分别排在第五位跟第九位。除了韩国跟日本以外，在动力电池生产前十名当中，其他的名次都是由中国的企业占据的。中国的锂电池市场发展主要是从2017年开始的，并且迅速的扩张。动力电池的使用寿命是三到五年。所以说在2022年前后将会产生大批量的废旧电池。因此，对废旧电池进行资源回收现如今成为了一个非常现实的问题，并且对其进行资源回收也符合社会经济的效益。有助于缓解全球的资源紧张和资源压力问题。

一、锂电池中的可回收组分和回收流程

锂电池的电芯的主要构成部分包括极耳，正极片，不锈钢外壳，负极片以及隔膜等等。除了隔膜跟电解液以外，锂电池当中的含金属的可回收的组成部分将近到了80%左右。国家一直都在对新能源汽车进行政策补贴。所以三元动力电池的市场份额要远远超过磷酸铁锂电池。CO以及Ni在废旧三元电池当中的回收率是比较高的，并且回收价值也比较高。Co以及Ni属于磁性金属。将其从废旧电池当中回收回来之后，可以用于磁性材料的合成与制作当中。在废旧磷酸铁锂电池当中，回收价值最高的要数li。这是因为li的化学性能是目前电极正材料当中的最稳定的铁基化合物。

二、火法回收和湿法回收预处理方法

在回收的过程当中，首先使用预处理的方法，这样做的目的是为了将一些价值比较高的金属收集起来。这些金属富集起来之后，非常方便在日后的工序当中进行回收。预处理的过程主要包括三个部分，第一部分是放电，第二部分是拆解，第三部分是电级材料的分离。报废的电池虽然已经报废，不能够再次使用，但是仍然存在着一定的电量，所以如果我们没有对其进行处理而是直接拆解的话，有可能会导致电池的内部出现短路的情况，如果局部温度过高的话，会导致整个电池突然起火。

在电池的放电当中，经常使用的一种手段是盐溶液放电。这种方法在使用起来操作是比较简单的，并且放电也比较彻底，在放电完成之后不会出现电量反弹的情况。电池在经过放电处理之后需要进行晒干，晒干完毕之后可以进行拆解。电池的拆解主要有两种方法，一种是机械拆解，一种是手工拆解。比较常见的方法是手工拆解法。利用火法回收进行预处理，只需要把电芯进行粉碎，然后将粉碎后的电芯放到马弗炉当中煅烧，这样会得到不同的金属合金以及金属的氧化物。

湿法回收的预处理方法需要从混料当中筛选出正极材料，然后把材料浸泡在强碱水当中或者是一些有机溶剂当中，这样有助于除去正极材料当中包含的一些粘结剂，然后将其进行烘干处理，研磨之后就可以得到正极用粉料。使用火法来回收其技术步骤，方法都比较简单，并且步骤也比较短，处理量比较大，非常适合大规模的废旧电池的处理。比较适用于一些大型的锂电池回收企业。但是利用火法回收所得到的金属的纯度相对来说比较低，并且电解液在经过燃烧之后会产生一些有害的气体，对于周围环境的污染是比较大的。

三、电极材料中有价金属的回收方法

针对于正极材料的回收来说，主要有三种方法，分别为火法冶炼，湿法浸出以及生物浸出法等，这三种方法都可以回收到正极当中的一些活跃金属。

（一）火法冶炼

火法冶煉指的就是把废旧锂电池当中的混料放到高温烘焙的环境当中，经过煅烧之后就可以得到金属单质和氧化物。煅烧的温度的高低取决于我们选取的焙烧的方法以及所提取的金属的种类。使用高温还原熔炼法，可以直接把焦炭做成原料，然后放到锂电池的混料当中一起进行燃烧，就可以得到金属合金。但是这样的方法有一定的缺点，其耗材跟耗能都比较大，因为我们必须要拥有1600℃的高温熔炼设备。另外，使用这样的方法，其燃烧之后的杂质是比较多的。相对于高温熔炼来说，铵盐焙烧法需要的温度比较低，并且回收材料的材质也比较纯。有很多铵盐在350℃就可以分解。也可以将火法焙烧以及施法进出技术进行结合。这样对于锂电池当中的各种金属的回收来说都有比较好的效果，并且对于设备的需求也比较小，能够为锂电池正极材料的回收提供一种新的思路。火法冶金技术能够处理大规模的锂电池。缺点就在于会产生大量的有害气体，需要设置尾气处理装置，这在无形当中用增加了火法技术的成本。

（二）湿法浸出

湿法浸出具有非常高的实用性，经常被用在钢铁冶炼以及金属制备等等过程当中。在湿法浸出当中比较常见的试剂就是无机酸跟有机酸。

1.直接浸出。直接浸出法指的就是将预处理过后的材料用强酸或者是加入一些还原剂对其直接进行溶解。在强酸和预处理材料当中加入还原剂可以有效的加快浸出的速度。并且也能够阻止二氧化硫等这一系列酸性气体的产生。不同的酸对于不同的金属会起到不同的浸出效果。在浸出的过程当中，使用还原剂又会对浸出效果起到促进或者是抑制的作用。就酸性来说，强酸的浸出率对于一大部分金属来说，其效果是比较好的。而弱酸则需要使用还原剂对其进行辅助，才能够表现出比较好的浸出效果。

2.碱溶解酸浸出。粉碎过后的锂电池的混合料当中包括塑料膜，正负极碎片以及导电炭黑等等一系列的物质。使用碱溶解酸浸出法可以有效的从混合料当中提取出正极铝片。这样能够实现废旧锂电池的完全无害化的回收。使用这种方法回收的主要依据就是铝的两性性质。

（三）生物浸出

生物浸出技术也可以称为生物冶金技术。主要是使用微生物的代谢活动来帮助溶解跟回收废旧电池当中的一些有价成分，这属于一种新的技术。在自然界当中，存在着一些以矿石为食物的细菌，我们将其称为适温细菌。在高温条件下，这些细菌能够氧化矿石当中的一些金属元素，并且让这些金属元素处于一个游离的状态。进入游离状态的金属元素是可以被提取的。一些学者受此启发，将生物浸矿技术使用到了锂电池的正极材料回收到中，并且取得了非常良好的效果。

四、结语

将这三种技术进行比较，可以发现使用火法来回收缺陷是比较大的，因为火法回收的能耗跟设备的需求量都比较大。而且金属的回收效率是很低的，我国目前正在推行环保计划，因此在这样的大背景下，是很难实施火法回收的，生物浸出法在整体效率上来说是比较低的并且菌种想要生存其对环境的要求是非常苛刻的。现如今，我国的生物冶金技术研究比较稀缺，因此在这样的情况下不容易大面积的推广生物浸出方法。而我国的湿法回收技术相对来说比较成熟，并且对于金属的浸出率可以高达95%左右，生产成本也比较低，对设备的要求也比较低，很适合在工业上引入。

参考文献：

[1]废旧磷酸铁锂电池回收研究进展郑莹，刘禹，董超，- 《电源技术》 - 2014 [2]废旧动力磷酸铁锂电池资源化回收技术研究进展杨芳，吴正斌，徐亚威，- 《有色金属：冶炼部分》 - 2017 -

作者简介：

徐秋红，惠州亿纬锂能股份有限责任公司。