鋰離子電池回收技術現狀

＊黃慶華 郭建 李鵬

（日電（中國）有限公司 北京 100091）

鋰離子電池回收技術現狀

＊黃慶華 郭建 李鵬

（日電（中國）有限公司 北京 100091）

近年來，節能與新能源汽車呈現出高速發展態勢。隨著產業化的逐步推進，新能源汽車發展的后顧之憂——廢舊動力電池的處理問題也將日益顯現。如若處置不當，則會造成嚴重的安全隱患和極大的資源浪費。因此文章簡要概述鋰離子電池回收技術現狀，以期作為參考。

鋰離子電池；回收技術；數碼電池；動力電池

鋰離子電池根據應用領域可分為數碼類和動力類。數碼類電池正極主要采用鈷酸鋰和三元材料體系，動力類正極主要采用磷酸鐵鋰和三元材料等。目前國內市場上的電動汽車中磷酸鐵鋰電池的市場占有率較高。

1.廢舊數碼鋰離子電池回收研究現狀

從現狀來看，很多數碼鋰離子電池都是運用鈷酸鋰正極制作而成，正極占據了較大比例的電池制作成本。廢舊數碼鋰離子電池的回收技術較成熟，對該類電池回收已經產生了顯著進展。回收失效鋰離子電池中鈷的方法歸納起來有以下幾種。

(1)萃取法。萃取法運用于回收廢舊的鋰電池，指的是借助有機試劑來實現萃取過程；在完成萃取的前提下，分離鈷元素及其他試劑。相比來講，萃取法整體上表現為較低的能耗與較溫和的操作條件，同時也有助于獲得更好的分離效果。經過分離操作，獲得純凈的鈷鹽。有學者已嘗試借助萃取法來獲得失效鋰電池中含有的鋰元素以及鈷元素。在反復實現萃取和反萃取操作之后，能回收硫酸鈷。至于剩余的溶液，還可再次實現碳酸鋰的沉積回收。

(2)化學沉淀法。化學沉淀法，指的是借助沉淀劑來實現某些貴重金屬的沉淀。相比于萃取法，化學沉淀法更適用于現階段的電池回收，同時也表現為相對簡易的操作流程與較高的回收率。然而具體在操作時，針對沉淀劑應當予以謹慎的選擇。從現狀來看，針對沉淀劑可以選擇草酸材料，在此基礎上回收鋰元素和鈷元素。

(3)電解法。相比于其他操作流程，電解法不需要借助其他物質，因此有助于消除過高的雜質含量。經過電解操作之后，能獲得較高純度的鈷化合物。如果要回收特定的元素，可以借助熱的硝酸溶液來完成上述操作。在鈦電極的輔助下，溶液中的鈷元素將會表現為多樣化的反應，對此可以借助線性伏安掃描方法獲得結論。在水溶液中，硝酸根離子以及溶解氧將會獲得迅速的還原，進而增大了電解液整體的酸堿值，引發相應的沉淀反應。由此可知，上述反應在本質上構成了電化學的還原反應。目前狀態下，學者也開始運用電沉積工藝來實現硫酸的浸出處理，確保獲得較大比例的鈷元素。在工藝操作中，陰極設計為鈷板，而陽極設計為鈦板，通過電沉積的作用來獲得除雜后的溶液。相比于其他類型的操作模式，上述操作可獲得93%或者更高的直收率，浸出率更是十分可觀。

(4)物理分選法和化學溶蝕法。物理分選法一般是將鋰離子電池先粉碎至顆粒5目以下后，再利用篩分、磁選，根據比重、磁性與電性等的物理性質將不同特性的金屬分離。在現階段很多學者的研究中，物理分選法屬于利用頻率較高的一類方法。然而實質上，運用此方法并不能獲得相對較高品位的金屬。

運用化學溶蝕的回收方法，指的是溶蝕某些正極材料，在此前提下針對有價金屬和化合物進行全方位的回收處理。實質上，化學溶蝕的操作方法不能缺少化學試劑作為保障，因此在客觀上突顯了較高的回收成本，同時也不易于操控。

(5)其他方法。除了上述方法之外，回收鋰電池還可以選擇如下的流程和模式：經過電池的還原焙燒，氧化鋰以蒸汽的形式溢出后，將其用水吸收，金屬銅、鈷等會形成碳合金。將此合金溶于適當濃度的硝酸和硫酸的混合酸中，或將合金溶于碳銨溶液中，使金屬轉化為金屬離子Cu2+、Co2+。進入溶液，用沉淀法除去銅、鐵等雜質離子，使溶液凈化為只含鈷的溶液，使鈷得以回收。

2.廢舊鋰離子動力電池的回收研究現狀

鋰離子動力電池報廢后形成的廢舊鋰離子動力電池與傳統的廢舊數碼電池相比，有其自身特點及回收要求：

(1)無Co重要價值資源性物質。與數碼鋰離子電池不同，部分動力電池的正極采用磷酸鐵鋰或錳酸鋰等材料，不含Ni、Co等稀貴金屬，所以不能采用傳統回收方法。

(2)單體電池大，對拆解的安全性要求高，不能采用簡單的機械破碎。

(3)面對未來電動汽車市場，處理量大。雖然目前廢舊鋰離子動力電池的量還不是很大，但未來隨著電動汽車、電動自行車的大量使用，淘汰的廢舊鋰離子動力電池逐漸增多。據中國汽車技術研究中心預測，到2020年前后，我國純電動(含插電式)乘用車和混合動力乘用車動力電池累計報廢量將達到12萬～17萬噸。

(4)強調環保要求——電解質處理技術。由于未來的廢舊鋰離子動力電池處理量很大，所以其中的電解質需要采用更加綠色環保的方式處理，而不能像傳統方法那樣不處理或者“一燒了之”。

(5)新的有價值回收物質。廢舊鋰離子動力電池雖然不含Ni、Co等稀貴金屬，但含有銅箔、鋁箔、正極材料、負極材料也很多，只要能高效分離回收出來，會有可觀的經濟效益。

(6)目前無成熟回收處理再資源化技術及設備。目前僅有一些關于磷酸鐵鋰正極片和負極片的回收方法報道，這些方法僅僅是實驗室方法，尚未真正使用。目前更無廢舊鋰離子動力電池的全套回收再資源化（包括電池拆解、電解液處理、電極材料處理、集流體處理）的技術和設備。

當前我國的廢舊鋰離子電池回收設備及工藝只適用于含有Ni、Co等稀貴金屬的數碼鋰離子電池，而尚無專門針對不含Ni、Co的鋰離子動力電池的回收設備及工藝。因此開發專門針對鋰離子動力電池的回收設備及工藝將具有明顯的經濟和社會效益。

[1]Zhang Pingwei,Yokoyama Toshiro, Itabashi Osamu, et a1．Hydrometallurgieal process for recovery ofmetal values from spent lithiumion secondary batteries[J]Hydrometallurgy．1998,47(2-3):259-271．

[2]鐘海云,李薦,柴立元等．從鋰離子二次電池正極廢料——鋁鈷膜中回收鈷的工藝研究[J]．稀有金屬與硬質合金,2001,144:l-4．

[3]Jinsik Myoung, Youngwoo Jung, Jaeyoung Lee, Yongsug Tak．Cobalt oxide preparation from waste LiCoO2 by electrochemicalhudmthermal method[J]． Journal of Power Sources． 2002,112: 639-642．

[4]申勇峰．從廢鋰離子電池中回收鈷[J]．有色金屬,2002,54:69-70．

[5]郭廷杰．日本廢電池再生技術簡介[J]．再生資源研究,1999,2: 36-39．

[6]歐秀芹,孫新華,程耀麗等．廢鋰離子電池的綜合處理方法[J]．中國資源綜合利用,2002,06:18-19．

(責任編輯 宋小蒙)

Status Quo of Lithium Ion Battery Recycle Technology

Huang Qinghua, Guo Jian, Li Peng
（NEC (China) Co., Ltd, Beijing, 100091）

Recently, energy conservation and new energy vehicles present the situation of developing at top speed. With the development of industrialization, the worry of the development of new energy vehicles--the disposal problem of disused power batteries will also become increasingly apparent. If mishandled, it can result in serious security risks and great waste of resources. In this paper, the current status of lithium ion battery recycle technology is brie fl y reviewed.

lithium ion battery；recycle technology；digital battery；power battery

TM921.9

A

黃慶華（1977～），男，日電（中國）有限公司；研究方向：化工研究。