廢舊鋰離子電池資源化技術現(xiàn)狀與前景分析

任亞琦 呂懌瀅 肖秀嬋 李璽 鄧浩 葉仲斌

摘要：鋰離子電池的發(fā)展仍處于快速增長期，但電池報廢后不僅會帶來嚴重的環(huán)保隱患，同時也蘊藏著巨大的資源化商機，因此，規(guī)范、科學處置廢舊鋰離子電池具有重要的環(huán)保意義和經(jīng)濟價值。我國作為全球最大的鋰離子電池生產(chǎn)、消費和出口國，在廢舊電池資源化方面擁有巨大的市場潛力。在論述當前鋰離子電池的發(fā)展現(xiàn)狀、組成和回收意義基礎上，重點介紹對廢舊電池的梯次利用和材料回收再生2種處置方法以及現(xiàn)有回收體系的不足，并提出未來的發(fā)展方向。

關鍵詞：廢舊鋰離子電池;回收;梯次利用;材料再生

中圖分類號：X705文獻標志碼：A

文章編號：2095-5383（2020）04-0001-06

Technological Analysis in Recycling Spent Lithium-ion Batteries

REN Yaqi， LV Yiying， XIAO Xiuchan， LI Xi， DENG Hao， YE Zhongbin

（School of Materials and Environmental Engineering， Chengdu Technological University， Chengdu 611730， China）

Abstract： The development of lithium-ion batteries is still in a period of rapid growth. However， after the batteries scrapped， it will not only bring serious hidden dangers to the environment， but also contain huge business opportunities for resource utilization. Therefore， the scientific disposal of spent lithium ion battery has important environmental protection significance and economic value. As the world's largest producer， consumer and exporter of lithium-ion batteries， China has huge market potential in the recycling of used batteries. Based on the discussion of the development status， composition and recycling significance of lithium ion batteries， the two disposal methods of cascade utilization of waste batteries and material recycling and regeneration were emphatically introduced; some problems existing in the current recycling system were discussed; and the development direction in the future was proposed.

Keywords：

spent lithium-ion batteries; recycle; gradient utilization; material regeneration

鋰離子電池（LIB）具有能量密度高、循環(huán)壽命長、無記憶效應等優(yōu)點，自1991年商業(yè)化以來[1]，越來越受到消費電子產(chǎn)品的歡迎。目前我國是全球最大的LIB生產(chǎn)、消費和出口國，2014年我國生產(chǎn)的消費類鋰離子電池已達到了23.8 GWh。同時自2015年起，在國家一系列的政策支持和經(jīng)濟補貼下，新能源汽車異軍突起，對LIB的需求量迅猛增加，同時也促成了動力LIB領域的蓬勃發(fā)展。2016年我國新能源汽車銷量達50.7萬輛、保有量超過100萬輛，占全球市場保有量的50%，預計到2020年累計銷量將超過500萬輛。中華人民共和國工業(yè)和信息化部2019年12月出臺的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》（征求意見稿）中指出，2021年起，國家生態(tài)文明試驗區(qū)、大氣污染防治重點區(qū)域公共領域新增或更新用車全部使用新能源汽車。因此，未來新能源汽車的需求量會持續(xù)走高，從而持續(xù)提高動力電池的生產(chǎn)需求。此外，鋰離子電池作為清潔能源的存儲-調節(jié)設備也在逐步推廣[2]。如美國道明尼公司預計在弗吉尼亞州啟動4個鋰離子電池儲能試點，總儲電量將達到16 MWh，以支持未來風能和太陽能發(fā)電。因此，LIB在儲能領域的應用也將會是未來的市場增長點。綜合以上信息可以發(fā)現(xiàn)，LIB在消費電子產(chǎn)品、新能源汽車和儲能領域的廣泛應用和持續(xù)增長的需求，使得未來LIB的產(chǎn)量依然會持續(xù)增加。

然而蓬勃繁榮的LIB產(chǎn)業(yè)也帶來了新的難題和挑戰(zhàn)。LIB的循環(huán)壽命約為800～3 000次，數(shù)碼產(chǎn)品中的鋰電池使用壽命僅為1～3年，動力汽車中的鋰電池服役期限為5～8年，之后電池將進入退役期[3]。退役的電池如不進行合理處置，不僅會帶來嚴重的環(huán)境風險，還會造成資源的極大浪費[4]。LIB中含有大量的鋰、鈷、鎳、銅、鋁、氟、磷等無機成分，還有碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯等有機物。如果采用普通的填埋、焚燒等方法處理廢棄LIB，這些成分的泄漏將會帶來嚴重的環(huán)境風險。例如：電極中的鋰、鈷、銅等金屬離子，以及電解液中六氟磷酸鋰、碳酸二甲酯等物質的分解產(chǎn)物氟化物、甲醇、甲酸等均具有生物毒性，泄漏后將持續(xù)污染水體、土壤[5]。除了造成環(huán)境風險外，對廢棄電池簡單粗暴的處理同時也是對資源的巨大浪費。對我國而言，由于市場對LIB的需求逐年增加，進而對鋰、鈷、鎳、銅等金屬資源的需求也逐漸增大，但是我國在鈷、銅等金屬的儲量方面很難滿足需求[6]，急需對退役電池進行回收。基于以上2個重要因素，如何

有效利用廢棄電池、解決環(huán)境污染風險的同時滿足社會對于新增電池產(chǎn)能的需求，成為了重要的研究和應用方向[7]。

當前的LIB資源化已在全球開展，我國作為全球最大的LIB生產(chǎn)和消費國，對廢舊電池資源化的研究和產(chǎn)業(yè)化也開展較早。全國已有多家企業(yè)單獨或合作建立電池回收生產(chǎn)線，但尚處于快速發(fā)展的初期階段。2018年9月，工信部發(fā)布第一批符合《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)名單，列明衢州華友、贛州豪鵬、荊門格林美、湖南邦普、廣東光華等5家企業(yè)的LIB綜合技術利用符合國家要求。繼而，多家企業(yè)也進行了環(huán)保方面的整頓和升級。在政策驅使和技術發(fā)展的帶領下，未來的LIB資源化利用會愈加正規(guī)和科學。本文總結了目前退役LIB進行產(chǎn)業(yè)化資源化回收的主要技術方法和發(fā)展趨勢，分析各過程的技術難點，并對資源化回收的發(fā)展方向進行了探討。

1 LIB的結構和組成

LIB主要由正極、負極、隔膜和電解液、附件（外殼、極耳、絕緣片）等部件組成，如圖1所示[8]。電池正極包括集流體鋁箔、正極活性物質、粘結劑、導電劑等。其中，正極活性物質主要有磷酸鐵鋰（LiFePO4）、鈷酸鋰（LiCoO2）、三元材料（LiCoxNiyMn1-x-yO2）等類型。與正極類似，電池負極包括集流體銅箔、負極活性物質、粘結劑、導電劑等。其中，負極活性物質主要有石墨、中間相碳微球、鈦酸鋰（Li4Ti5O12）、硅碳負極等。隔膜材料目前應用較為廣泛的主要是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）或其復合隔膜。電池電解液主要由溶質六氟磷酸鋰（LiFP6）及添加劑、有機溶劑碳酸丙烯酯（PC）和碳酸乙烯酯（EC）等組成。電池附件目前主要為鋁塑膜外殼、鎳/鋁極耳以及部分有機絕緣材料[9]。

以三元/石墨的LIB為例，電池中含有鋰、鈷、鎳、鐵、銅、鋁等多種有價金屬，氟、磷等對環(huán)境有危害的非金屬元素、PC和EC等有機液體、以及塑料等難降解物質。這些物質都會對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的影響，因此在回收過程中需進行嚴謹且系統(tǒng)的無害化處理。

2 退役電池資源化利用路徑及技術概述

當前退役電池的資源化利用主要有2種路徑，一是梯次利用，二是材料回收再生。以動力LIB為例，當電動車中的電池容量降至初始容量的70%～80%時就難以滿足電動汽車的動力需求，需要考慮退役處理。退役后的LIB如果仍具有較好的性能，可以進行梯次利用。如性能無法達到要求，或梯次利用后又退役的LIB，則進入材料回收體系進行資源化回收利用。

2.1 梯次利用

退役的LIB經(jīng)過檢測，如果可以滿足家庭、商業(yè)、電網(wǎng)儲能、移動電源、通信基站、低速電動車等對電池性能要求較低場合的應用需求，則可以經(jīng)過檢測后重組并實現(xiàn)梯次利用。一般情況下，如果退役動力電池的容量仍高于初始容量的60%，即可再次組裝成新的電池模塊重新投入梯次利用市場。因此，梯次利用可以使得超過半數(shù)的單體電池延長服役壽命并提高使用價值，有效避免了資源和產(chǎn)品價值的浪費。此外，梯次LIB的成本與鉛酸電池相比具有較大的性價比優(yōu)勢，在與鉛酸電池競爭的低速小型電動車領域占據(jù)較大的經(jīng)濟優(yōu)勢。在現(xiàn)有動力電池體系中，磷酸鐵鋰動力電池有價組分偏少，拆解回收效益差，同時其長循環(huán)壽命也決定了退役后仍具有相當長的使用壽命，更適合梯次利用。范茂松等

[10]分析測試了退役磷酸鐵鋰-石墨動力電池在電網(wǎng)不同應用場景下的性能表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)如果作為備用電源，退役磷酸鐵鋰動力電池的使用壽命可以長達8年;如果作為電網(wǎng)儲能設施，電池循環(huán)壽命可達5 000次以上;如果作為電網(wǎng)調頻電源，其循環(huán)壽命可達到10 000次左右。

動力電池的梯次利用的流程大致分為7個步驟：企業(yè)回收退役電池—拆解—檢測分級—分類—電池模塊重組—模組檢測—組裝成品[11]，如圖2所示。通常情況下，動力LIB自身存在一定的性能差異，而退役電池包由于其工作歷史復雜，會加劇單體電池的差異性。如果不對單體電池進行測試和區(qū)分，就會嚴重影響電池包的性能，甚至造成燃燒、爆炸等安全事故。因此對于退役電池必須進行細致分類和篩選，從容量、內(nèi)阻等方面對單體電池進行篩分，選擇參數(shù)接近的電池進行組合，確保梯次利用的安全性和高效性。

由于鋰離子電池是一個封閉系統(tǒng)，在其退役后的梯次利用過程中也不會對電池進行破拆。所以對退役電池的健康狀態(tài)（SOH）主要通過容量、內(nèi)阻、庫倫效率等電化學性能參數(shù)進行評估。電池剩余容量檢測主要采用恒流充放電，即在一定的電流密度下對電池進行一次充放電循環(huán)，直接測得電池的容量。此方法操作簡單，成本低廉，成為當前應用較廣泛的測試方法。傳統(tǒng)的標準容量測試法可以獲得電池實際充放電容量、能量、庫倫效率等數(shù)據(jù)，但是耗時過長，難以滿足快速篩選的需求。鄭岳久等[12]提出了一種基于快速充電曲線的退役鋰離子模塊快速分選技術。該技術構建了基于支持向量機的篩選模型，通過少量樣品電池的特征電壓篩選大批量的退役電池。這一方法大幅提升了退役鋰離子電池分選效率，節(jié)約了時間成本。

電池的內(nèi)阻是衡量電池健康狀態(tài)的重要參數(shù)，反映了電子/離子在電池內(nèi)傳輸難易程度，對退役電池的梯次利用具有重要意義。電池內(nèi)阻通常采用直流內(nèi)阻測量儀或電化學阻抗譜（EIS）來檢測。內(nèi)阻測量儀檢測速度快、成本低，通常企業(yè)都會采用此方法檢測內(nèi)阻。EIS通過電化學工作站實現(xiàn)，其結果可以全方位反映電池內(nèi)部信息，但是相應檢測的結果需根據(jù)擬合的等效電路進行分析，而且儀器成本相對較高，對技術人員的要求也較高。嚴媛等[13]研究了退役動力鋰離子電池直流內(nèi)阻與溫度、荷電狀態(tài)和倍率性能的關系，最終形成了簡單完善的篩選梯次利用動力鋰離子電池的流程，對未來發(fā)展以阻抗為評價標準的退役電池綜合評估方法具有指導意義。

庫倫效率即電池在充放電過程中放電容量與充電容量之比。在實際工作過程中，由于充電過程伴隨電極表面膜生長或其他副反應，造成電池庫倫效率低于100%，伴隨循環(huán)進行，可以參與到充放電過程的鋰離子數(shù)量越來越少，電池的能量密度和倍率性能等逐漸降低，直至達到退役標準。由此可知，循環(huán)效率也是反映電池健康狀態(tài)的一個重要指標。趙志坤等[14]分析了電池庫侖效率與容量衰減間的內(nèi)在關系并提出了庫侖非效率的定義。他們分析了退役鋰離子動力電池充放電容量、庫侖效率、庫侖非效率與循環(huán)次數(shù)之間的關系并提出基于庫侖效率對退役鋰離子動力電池儲能梯次利用進行篩選的新方法。

如果電池的容量、內(nèi)阻、庫倫效率等各項指標均達標，則可以進入模塊重組階段重新組合成為電池組，模塊重組之后還需對電池組再次進行檢測，以確保重組電池的均一性良好，電池組經(jīng)檢測達到正常使用標準之后即可組裝成成品進行梯次利用。

2.2 材料回收再生

退役電池進行檢測并梯次利用的過程中會產(chǎn)生一部分無法達到要求的失效電池，同時在電池生產(chǎn)和電池模組組裝的過程中也會篩選出一定量的不合格電池和廢料，由于組成相同，在電池安全放電后[15]，失效電池和不合格電池可以一同進入電池拆解回收系統(tǒng)，通過處理實現(xiàn)資源再生。根據(jù)處理過程的不同，可以將材料回收過程分為火法和濕法。

2.2.1 火法回收

火法回收過程可以直接將失效電池高溫焚燒，去除電極碎片中的碳和有機物。焚燒剩余組分經(jīng)過篩選后即可得到含金屬和金屬氧化物的細粉狀材料，還可以將失效電池與還原劑直接混合還原得到合金，簡要流程如圖3所示。

該方法工藝簡單，但能耗高，有價金屬綜合回收率較低，同時在燃燒過程不可避免地會有大量的粉塵、二噁英（C12H4Cl4O2）、氟化物和二氧化碳排放，采用此方法的回收企業(yè)必須配備嚴格的粉塵及氣體過濾系統(tǒng)以減少污染排放。考慮環(huán)境污染風險，火法回收在我國應用較少。任國興等[16]以含錳廢舊聚合物鋰離子電池為原料，采用CaO-Al2O3-SiO2-MgO渣型工藝在1 450 ℃下還原熔煉以合金形式回收有價金屬，其結果表明Co、Ni、Cu回收率分別為96.03%、96.42%、93.40%，同時錳以氧化物形式存在于爐渣中。袁文輝[17]以鈷酸鋰-石墨鋰離子電池為原料，采用SiO2-CaO-Al2O3型爐渣，以焦碳作為還原劑得到了Co-Cu-Fe合金。其結果表明碳和鋁箔可以作為還原劑還原鋰電池中的金屬從而產(chǎn)生合金。但是其工藝中鈷回收率只有58.7%，銅回收率39%，鋰則很少進入合金。

2.2.2 濕法回收

相比于火法回收，濕法回收過程簡單、回收率高，是目前我國大多數(shù)企業(yè)進行材料回收時采用的方法。濕法回收主要分為3個步驟：拆解分選、浸出、除雜精萃，如圖4所示。濕法回收可以將金屬以金屬鹽的形式回收。此外，為了實現(xiàn)循環(huán)利用，還可以在獲取金屬鹽后進一步將其轉化為電池正極活性材料。

1）拆解分選

拆解分選的目的是將電池活性物質與其他組分分離以便進行后續(xù)回收處理。拆解分選工序主要包括電池外殼破碎、集流體與活性物質分離、電解液處理、分選等步驟。在這些步驟中，集流體與活性物質的分離非常重要。如果分離不完全，將會增加后續(xù)分選步驟的難度，同時造成浸出效率降低或者過多雜質進入浸出液。當前主要有3種方法可以實現(xiàn)集流體與活性物質分離：機械剝離、高溫熱解、溶劑剝離法[18]。溶劑剝離法通過選擇適當?shù)挠袡C溶劑，溶解粘結劑從而達到活性物質與集流體分離的目的。常見的溶劑有N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N，N-二甲基乙酰胺（DMAC）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）等[2]。該方法分離效果較好，但有機溶劑價格昂貴，容易揮發(fā)，對環(huán)境造成二次污染，因此在實際生產(chǎn)中很少使用。高溫熱解法是在450 ℃左右的溫度下使粘結劑發(fā)生分解而失效，繼而實現(xiàn)活性物質與集流體分離。該方法操作簡單，分離徹底，在工業(yè)上被廣泛應用，但該方法會產(chǎn)生含氟廢氣，對大氣造成嚴重污染，需要對尾氣進行進一步處理。機械剝離是通過機械強力摩擦，將集流體上粘結的物質剝離下來。該方法操作簡單，成本低廉，已被部分企業(yè)所采用。但該方法分離不夠徹底，而且會將粘結劑帶入下一步的精萃除雜中，影響后續(xù)工藝，因此該方法還需進一步改進。除以上3種方法外，還有一些新方法被應用于電極活性物質剝離過程。祖麗德孜等[19]利用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體作為加熱介質，在加熱溫度180 ℃、攪拌速度350 r/min、停留時間30 min條件下，實現(xiàn)了負極集流體銅金屬回收率100%。滿瑞林等[20]則采用電解剝離方法，在硫酸溶液中利用電解過程負極產(chǎn)生的氫氣沖擊剝離活性物質并將鋁箔以金屬形式回收。這2種方法雖然剝離效果明顯，但是都存在能耗和成本問題，應用有一定困難。如何實現(xiàn)電極材料快速、低成本的充分剝離將是一個研究重點。

2）浸出

浸出過程目的在于通過化學反應使固態(tài)材料中的金屬離子進入液態(tài)，實現(xiàn)有價組分的富集，為后續(xù)精萃得到高純金屬鹽及其衍生物做準備。浸出過程通常加入酸來溶解黑粉中的金屬，同時，在酸浸過程中通常加入還原劑將高價態(tài)金屬還原為低價態(tài)，促進金屬離子溶解提高浸出率。此外，一些企業(yè)還會采用NaOH溶液預先浸出鋁，能夠使鈷、鋰、鎳等有價金屬更好地富集，提高分離效率[21]。浸出過程結束后殘余的不溶物主要成分為石墨、導電碳等，一般作為危險廢棄物處理。

酸浸過程當前主要采用鹽酸、硫酸、硝酸等傳統(tǒng)的無機酸作為浸出劑，其中硫酸由于對設備的腐蝕較小而應用最廣泛。但單獨使用硫酸的浸出率一直不夠理想，需要配合還原劑使用達到較好的浸出效果。無機酸浸出過程容易產(chǎn)生氯氣、三氧化硫和氮氧化合物等有毒有害氣體，也會產(chǎn)生較多廢水廢渣，增加后續(xù)廢物處理成本。因此，使用包括檸檬酸、蘋果酸、草酸等有機酸作為浸出劑的新工藝路線在近年來逐漸受到關注。有機酸易于回收，廢液易于處理，具有較大的應用前景。但有機酸的成本較高，限制了其工業(yè)化使用范圍。傳統(tǒng)的酸浸出方案目前已經(jīng)有比較多的工作予以報道，本文將不再贅述，在此針對幾種新型工藝進行介紹。常偉等[22]提出在低酸度溶液中通過電解還原的方法提高正極鈷酸鋰的浸出率。此方法不需要進行活性物質剝離，直接將失效正極作為負極電解，在電流密度15.6 mA/cm2、硫酸濃度40 g/L、檸檬酸濃度36 g/L、溫度45 ℃、時間120 min條件下實現(xiàn)鈷浸出率達到90.8%，同時鋁浸出率小于8%，此方法不需要額外添加還原劑，條件相對溫和，值得進一步優(yōu)化研究。高桂蘭等[23]采用機械化學活化法協(xié)同抗壞血酸浸出回收失效電池中的金屬鈷和鋰。在這一過程中，機械化學活化可以改變鈷酸鋰晶體結構和形貌，促進鈷、鋰的浸出反應，同時可以省去處理過程的溶液加熱成本，使得有機酸浸出過程成本顯著下降，具有一定應用前景。范二莎等[24]采用氯化銨為助熔劑，將低溫煅燒與室溫水浸技術結合，實現(xiàn)了對失效鋰離子電池正極三元材料中金屬離子的高效提取。他們在煅燒溫度350 ℃、助熔劑/正極材料質量比為3.5∶1、煅燒時間20 min的條件下，取得了Li浸出率達到97%以上，鎳、鈷、錳的浸出率高達99%以上的結果。這種方法避免了傳統(tǒng)火法和濕法存在的問題，對環(huán)境無污染，操作簡單，極具工業(yè)化應用前景。

3）除雜精萃

受到拆解分選過程的限制，會有鐵、鋁、銅等物質進入酸浸階段并通過浸出反應進入液相，如果不除去這些雜質，會對后續(xù)精萃產(chǎn)物的純度產(chǎn)生影響，因此在精萃過程之前要先進行除雜。除雜過程主要包括除銅和除鋁、鐵等工序，通過控制置換反應和沉淀反應的條件，將銅、鋁、鐵等雜質從溶液中沉淀出去實現(xiàn)雜質元素分離。

除雜之后進入精萃階段，此時液相中主要含有鈷、鎳、錳、鋰4種元素，高效地提取高純元素是回收體系的重點。精萃的要求是以更低的成本和環(huán)境污染，實現(xiàn)這4種元素更純粹的分離。當前工業(yè)中普遍應用的是溶劑萃取法，常用的萃取劑有P507、P204、Cyanec301、Cyanex272、PC-88A、Acorga M5640等。通過調整萃取參數(shù)及建立多級萃取工藝，可以提高萃取的效率和純度。溶劑萃取法在傳統(tǒng)濕法冶金方面已有廣泛應用，將其應用于電池浸出液提純具有萃取效率高，產(chǎn)物純度高的優(yōu)點。但是目前所采用的萃取劑都是有機溶劑，環(huán)境污染風險大，而且萃取劑的成本較高。因此還需不斷改進設備和工藝條件，以滿足環(huán)保要求和成本控制。除萃取法外，電沉積法、化學沉淀法、鹽析法、絡合離子交換法等也可以被應用于電池浸出液的回收提純[25-26]。但由于這些方法還存在成本較高、方法尚不成熟、或提取效率較低等缺點，當前在工業(yè)界的應用較少。

3 關鍵問題

當前電池資源化發(fā)展較快，一些企業(yè)采用的技術已較為成熟，同時積累了豐富的市場和技術經(jīng)驗。但是縱觀當前的資源化技術，依然還存在幾個問題尚待解決：

1）電池包設計的標準化。當前我國對動力LIB電池包的設計并未進行標準化要求，因此每家企業(yè)生產(chǎn)的電池包各不相同，導致電池包的拆解很難實現(xiàn)自動化。在此，一方面需要電池生產(chǎn)廠家在保障能量密度的前提下，加入生態(tài)設計理念，建立標準化方案，以便后續(xù)的拆解，此舉對電池的全生命周期規(guī)劃具有重要意義。另一方面也需要電池拆解設備生產(chǎn)企業(yè)進行優(yōu)化設計，實現(xiàn)適應不同尺寸、型號電池的自動化拆解，提高生產(chǎn)效率。

2）退役電池的綜合評價體系的建立。退役電池首先應考慮梯次利用以提高資源綜合利用率。電池是一個非常復雜的電化學體系，需要對其進行全面分析以確定其各方面性質，從而保證梯次利用電池包的一致性和安全性。目前的技術手段難以實現(xiàn)對退役電池健康狀態(tài)的全面、快速分析，未來需要在綜合評價體系確定方面投入更多精力。

3）規(guī)范的回收渠道。國家雖然已于2018年發(fā)布《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，讓車企和電池企業(yè)負責廢舊電池的回收，但目前看效果并不理想。同時，隨著消費者對電池潛在價值的認識不斷深入，部分新能源車主會自主選擇出售渠道獲取更多利益，從而造成廢舊電池的來源更加分散，不利于電池的大規(guī)模資源化監(jiān)管和利用。因此，建立規(guī)范的回收市場是未來亟需解決的難題[27]。

4）環(huán)保達標成本。廢舊鋰離子電池在資源化處置的過程中，各工藝都會產(chǎn)生一定的廢氣、廢水和廢渣，為達到國家環(huán)保要求，要對這些廢物進行處理后才能排放。因此，各企業(yè)要花費大量成本投入到廢物的處置上。當前有3種解決思路：一是改進資源化工藝，減少廢物的生成;二是提高廢物處理技術，高效處理廢物;三是變廢為寶，將一些廢物通過進一步加工、提純或改進，制備出新的產(chǎn)品售出，減少處置成本的同時增加收入。因此，如何在控制成本的基礎上，達到國家的環(huán)保要求，讓企業(yè)可持續(xù)地發(fā)展，是當前資源化行業(yè)的一大難題。

5）低品位資源的有效回收技術。當前企業(yè)和市場看重正極材料和集流體的回收，重點都集中在鈷、鎳、錳、鋰、銅等金屬元素的資源化方面，而電池其余部分關注較少。例如，電解液的回收具有重大的環(huán)保價值和商業(yè)意義[28-29]。此外，負極中的石墨、正負極的導電劑等碳材料都以“危廢”形式交由危廢公司進行處理，不僅處理成本很高，而且造成石墨資源的浪費[30]。因此，在資源化技術上還需進一步改進，從而實現(xiàn)廢舊鋰離子電池全方位的資源化利用。

4 認識與展望

隨著電池技術的不斷發(fā)展及其在電動車輛上的大規(guī)模應用，未來會有更多鋰離子電池投入市場，伴隨而來的退役或失效電池的數(shù)量也會快速增加，對電池進行綜合回收利用將會是未來重要的研究方向。要實現(xiàn)充分利用電池資源的目的，需要在梯次利用和資源回收兩方面作出突破。梯次利用方面，對退役電池綜合性能的快速評價有待于進一步研發(fā)，以實現(xiàn)快速、便捷地篩選出性能接近的單體電池并進行組合的目的。電池資源回收方面，則需要機械、化學、化工、環(huán)境等多學科共同努力，在電池自動化拆解、粉體剝離、浸出、金屬元素分離提純等方面進一步改進，最終建立綠色、高效的電池回收利用體系。

參考文獻：

[1]GU F， GUO J， YAO X，et al. An investigation of the current status of recycling spent lithium-ion batteries from consumer electronics in China[J]. Journal of Cleaner Production， 2017（161）：765-780.

[2]ZHANG X， LI L， FAN E，et al. Toward sustainable and systematic recycling of spent rechargeable batteries[J]. Chemical Society Reviews， 2018（47）：7239-7302.

[3]ZENG X， LI J， REN Y. Prediction of various discarded lithium batteries in China[C]// 2012 IEEE International Symposium on Sustainable Systems and Technology （ISSST）. IEEE， 2012：1-4.

[4]孟奇，張英杰，董鵬，等. 廢舊鋰離子電池中鈷、鋰的回收研究進展[J]. 化工進展， 2017， 36（9）：3485-3491.

[5]衛(wèi)壽平，孫杰，周添，等. 廢舊鋰離子電池中金屬材料回收技術研究進展[J]. 儲能科學與技術， 2017， 6（6）：1196-1207.

[6]李穎， 周艷晶， 張艷飛. 未來全球鈷資源供應形勢分析[J]. 中國礦業(yè)， 2014， 23 （8）：1-4.

[7]張英杰，寧培超，楊軒，等. 廢舊三元鋰離子電池回收技術研究新進展[J]. 化工進展，2020，39（7）：2828-2840.

[8]LI J，DANIEL C，WOOD D. Materials processing for lithium-ion batteries[J]. Journal of Power Sources，2011（196）：2452-2460.

[9]CHAGNES A，POSPIECH B. A brief review on hydrometallurgical technologies for recycling spent lithium-ion batteries[J]. Journal of Chemical Technology & Biotechnology，2013（88）：1191-1199.

[10]范茂松，劉皓，王凱豐，等. 退役磷酸鐵鋰動力鋰離子電池的適用性[J]. 電池，2019，49（1）：64-67.

[11]劉進龍. 磷酸鐵鋰廢舊電池的回收概況[J]. 石油化工安全環(huán)保技術，2019，35（4）：64-66.

[12]鄭岳久，李家琦，朱志偉，等. 基于快速充電曲線的退役鋰電池模塊快速分選技術[J]. 電網(wǎng)技術，2020，44（5）：1664-1672.

[13]嚴媛，顧正建，黃惠，等. 梯次利用動力鋰離子電池篩選方法[J]. 電池，2018，48（6）：414-416.

[14]鄭志坤，趙光金，金陽，等. 基于庫侖效率的退役鋰離子動力電池儲能梯次利用篩選[J]. 電工技術學報，2019，34（S1）：388-395.

[15]茍海鵬，裴忠冶，周國治，等. 火法處理廢舊三元鋰離子電池工藝研究[J]. 中國有色冶金，2019，48（4）：79-83.

[16]任國興，潘炳，謝美求，等. 含錳廢舊聚合物鋰離子電池還原熔煉回收有價金屬試驗研究[J]. 礦冶工程，2015，35（3）：75-78.

[17]袁文輝，邱定蕃，王成彥. 還原熔煉失效鋰離子電池制備Co-Cu-Fe合金[J]. 材料科學與工藝，2010，18（4）：455-458.

[18]穆德穎，馬文路，楊威，等. 廢鋰電池放電及正極片分離回收處理[J]. 化工環(huán)保，2020，40（1）：63-67.

[19]祖麗德孜，李金惠，曾現(xiàn)來. 短程高效回收廢鋰離子電池中銅金屬的技術及機理研究[J]. 中國科學：技術科學，2018，48（9）：991-998.

[20]覃遠根，滿瑞林，尹曉瑩，等. 廢舊鋰離子電池正極材料與鋁箔電解剝離浸出研究[J]. 現(xiàn)代化工，2013，33（8）：49-52.

[21]茍海鵬，裴忠冶，周國治，等. 廢舊三元鋰離子電池熱解工藝研究[J]. 中國有色冶金，2019（5）：74-79.

[22]常偉，滿瑞林，尹曉瑩，等. 電化學還原技術從廢舊鋰離子電池中浸出LiCoO2[J]. 中國有色金屬學報，2014，24（3）：787-792.

[23]高桂蘭，羅興民，關杰，等. 機械化學協(xié)同抗壞血酸浸出廢舊鋰離子電池中的有價金屬[J]. 環(huán)境污染與防治，2019，41（6）：636-646.

[24]范二莎，李麗，林嬌，等. 低溫熔融鹽輔助高效回收廢舊三元正極材料[J]. 儲能科學與技術，2020，9（2）：361-367.

[25]晏婷婷，郭小明. 廢舊鋰離子電池回收處理技術的研究進展[J]. 江西化工，2018，140（6）：36-40.

[26]楊宇，梁精龍，李慧，等. 廢舊鋰離子電池回收處理技術研究進展[J]. 礦產(chǎn)綜合利用，2018（6）：7-12.

[27]林南南，陸順. 淺議廢舊手機鋰電池的回收和再利用[J]. 新材料產(chǎn)業(yè)，2018，297（8）：22-26.

[28]劉元龍. 碳酸酯基鋰離子電池電解液超臨界CO2回收及再利用研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2017.

[29]穆德穎，劉元龍，戴長松. 鋰離子電池液態(tài)有機電解液的研究進展[J]. 電池，2019，49（1）：68-71.

[30]陳永珍，黎華玲，宋文吉，等. 廢舊磷酸鐵鋰電池回收技術研究進展[J]. 儲能科學與技術，2019，8（2）：237-247.