鋰電池回收過程中的污染治理與資源化利用技術研究

中圖分類號：X76 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）05-0180-04

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.05.053

Abstract：Thelarge-scaleapplicationof lithium bateries hasled toacontinuous increase in waste，and pollution control and resource utilization during their recycling process have become the core research topics.This paper analyzes the polution sources and mainpollutant characteristics in the processoflithiumbattryrecycling，explores the technical paths of chemical，physical，andbiological treatmenttechnologiesandcomprehensive treatment，andsummarzesthestrategies for improving polution control and resource utilization efficiency by combining rare metal recyclingand purification， organic solvent regeneration，new material preparation and other resource utilization methods.Research has shown that comprehensivegovermanceand inteligent optimization based onmulti technology integrationcan significantly improve recycling eficiencyand environmental friendliness，providing technical supportand theoreticalreferenceforthegreen development of the lithium battery recycling industry.

Keywords： lithium battery recycling; pollution control; resource utilization

廢鋰電池含有鈷、鋰、鋁、銅、鐵等可回收的金屬資源，以及電解質、有機黏結劑等有毒成分，如果不對廢鋰電池中的金屬物質進行回收處理、對有毒物質進行有效處理，就會降低金屬資源的利用率，造成嚴重的環境污染，有毒有害物質經過生態系統的自然循環，最終會進入人體或以各種形式影響人們的身體健康。如何從資源再利用和污染控制兩個角度，有效利用資源化技術，提取廢鋰電池內可回收的金屬資源，并盡可能降低鋰電池處理后排放對環境造成的污染，是現階段行業內研究的重要課題[1]。

1鋰電池回收過程中的污染特性

1.1回收過程中的污染源解析

鋰電池回收的污染主要源于其復雜材料和處理工藝。正極材料中的鋰、鈷、鎳和錳在機械粉碎、熱處理及濕法冶金中釋放，形成固態廢料或溶解離子，對土壤和水體構成威脅。電解液中的有機溶劑（如碳酸乙烯酯）和六氟磷酸鋰在高溫或潮濕條件下分解生成氟化氫等高毒性物質。此外，隔膜和外殼材料在熱解或燃燒中產生揮發性有機物（VolatileOrganicCompounds，VOCs）和顆粒物，對空氣質量構成直接威脅。系統識別污染源及其路徑對后續污染治理具有重要意義。

1.2主要污染物及其環境影響

鋰電池回收中的主要污染物包括重金屬、有機污染物和氣態污染物。重金屬如鈷和鎳通過遷移和生物積累對水體和生態系統產生長期危害。有機污染物以電解液為主，降解速率低，其分解產物如氟化氫通過大氣化學反應形成酸雨，進一步擴大污染影響范圍[2]。氣態污染物（如二氧化碳、氮氧化物）在熱處理階段釋放，可能伴隨二噁英類物質，具有高毒性和環境持久性。這些污染物的環境影響需結合高時空分辨率動態監測展開定量分析。

1.3污染監測與評估方法

鋰電池回收污染的監測與評估需結合污染物特性與分布行為。重金屬可通過電感耦合等離子體質譜（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）技術精確檢測，同時結合掃描電子顯微鏡（ScanningElectron Microscope，SEM）表征顆粒物的形態與結構[。有機污染物分析可采用氣相色譜－質譜聯用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS），全面解析電解液泄漏與擴散特征。氣態污染物監測利用傅立葉變換紅外光譜（FourierTransformInfraredSpectroscopy，FTIR），實時檢測氟化氫、二氧化碳和VOCs。此外，基于生命周期評價（LifeCycleAssessment，LCA）的評估方法可量化資源消耗與污染排放，為污染治理技術優化提供科學依據，助力鋰電池回收，實現綠色與可持續發展。

2鋰電池回收過程中的污染治理技術

2.1化學處理技術

在鋰電池回收過程中，化學處理技術通過溶解、分解和沉淀等化學反應對重金屬、電解液中的污染物進行有效處理和轉化。

2.1.1 重金屬浸出反應

濕法冶金處理正極材料時，常使用酸性溶液（如H₂SO₄ ）作為浸出介質，氧化劑（如 H₂O₂ ）協同增強反應動力學[4。鈷和鋰的典型浸出反應為

LiCoO₂+2H₂SO₄+H₂O₂?CoSO₄+Li₂SO₄+2H₂O （1）

該反應將正極材料中的鋰和鉆轉化為可溶性硫酸鹽，方便后續的金屬提純和分離。

2.1.2 電解液分解與處理

電解液中的 LiPF₆ 易于水解，生成HF和次磷酸。為降低毒性，可通過中和反應將氟化氫轉化為無毒的氟化物沉淀，方程式為

LiPF₆+H₂O?LiF+PF₅+HF

通過添加堿性物質（如 NaOH 或 CaO ）進行中和，方程式為

HF+NaOH?NaF+H₂O

生成的NaF為低毒性固體，易于安全處置。

2.1.3 重金屬沉淀反應

在金屬離子的分離過程中，添加沉淀劑（如Na₂S ）可將金屬離子轉化為不溶性的金屬硫化物，方程式為

Co²⁺+Na₂S?CoS↓+2Na⁺

此反應可以高效去除鈷離子，生成的沉淀也便于進行集中處理。

2.1.4 催化降解反應

LiPF₆ 的分解可通過催化劑（如 TiO₂ ）加速，將揮發性污染物分解為無害氣體。例如，HF在 TiO₂ 表面進行氧化反應的方程式為

通過以上化學反應示例可以看出，化學處理技術不僅能有效分解和轉化鋰電池中的污染物，還能實現資源化回收，提高鋰電池回收工藝的整體效率和環保性。

2.2物理處理技術

物理處理技術基于機械與物理分離作用，在鋰電池回收中承擔初步污染治理的任務。機械破碎設備（如高速剪切機和行星式球磨機）通過剝離正極涂層和顆粒化處理，提高電極材料的比表面積與反應活性[5]。靜電分選技術利用金屬與非金屬的導電性差異，通過電場實現鋁、銅等金屬的高效分離；磁選技術專注于鐵磁性材料的分離，常與其他工藝聯合應用，以提升分離純度。在揮發性污染物治理方面，低溫等離子體技術通過活性粒子分解揮發性有機物和氟化物，顯著降低其環境毒性。物理處理具有能耗低、工藝簡單的優勢，但對復雜廢料的分離選擇性仍存在不足，需結合智能化監控技術優化參數，以應對多樣化污染。

2.3生物處理技術

生物處理技術以微生物和生物酶的代謝活性為核心，提供了低成本、環境友好的污染治理方案。在重金屬處理方面，硫氧化菌和鐵氧化菌等耐金屬菌株通過胞外聚合物和細胞壁與金屬離子形成穩定絡合物，實現金屬的沉淀與回收。針對電解液中的有機污染物，厭氧發酵技術通過微生物代謝作用，將長鏈有機物轉化為短鏈脂肪酸或甲烷，實現污染物的無害化與能源回收。基因工程技術通過改造微生物代謝路徑，顯著提升其降解特定污染物的速率與適應性。然而，生物處理在應對多樣化污染物與復雜環境適應性方面仍存在技術瓶頸，未來需強化多菌種聯合作用研究，優化反應器設計，進一步提升處理效率與穩定性。

2.4綜合治理技術的集成與優化

鋰電池回收中的污染治理需要依賴多種技術的協同作用，以實現復雜污染環境的全方位治理。化學處理、物理處理與生物處理的集成能夠在不同階段充分發揮各自的優勢，從而實現污染物的高效分離與資源的最大化回收。綜合治理方案的實施需要實時監控與智能化優化技術的支撐，基于人工智能算法的動態調控能夠顯著提升處理效率，并降低資源與能耗的浪費。鋰電池回收綜合治理技術流程如圖1所示。

圖1鋰電池回收綜合治理技術流程

3鋰電池回收的資源化利用技術

3.1稀有金屬的回收與提純

鋰電池中的稀有金屬資源（如鋰、鈷、鎳、錳）具有極高的經濟價值和廣泛的工業應用潛力，其高效回收與提純是實現資源化利用的核心環節。濕法冶金工藝作為當前最常用的技術，通過酸浸過程將金屬氧化物轉化為溶解態金屬離子，再結合溶劑萃取、沉淀和電解精煉等技術步驟，實現稀有金屬的高純度回收。同時，電解精煉技術以其高效性和低能耗特點在金屬提純中發揮著重要作用，通過電化學方法將金屬從電解液中沉積為高純金屬材料，從而實現高效分離和經濟效益的統一。在濕法冶金工藝條件下，不同金屬的回收效率與純度數據如表1所示。

表1濕法冶金中稀有金屬的回收效率與純度數據

單位：%

3.2有機溶劑的再生與利用

鋰電池電解液中使用的有機溶劑（如碳酸乙烯酯、二甲基碳酸酯）具有較高的再利用價值。再生技術主要包括蒸餾和膜分離方法。通過減壓蒸餾技術，可利用溶劑的沸點差異將其與雜質分離，從而獲得高純度的再生溶劑。膜分離技術利用有機溶劑與污染物之間的物理化學性質差異，通過納濾膜或反滲透膜實現高效分離。近年來，分子篩吸附技術逐漸應用于電解液再生，通過對特定分子尺寸的精準選擇性吸附，有效提高了溶劑的回收率和純度。此外，化學催化加氫法能夠對部分降解的有機溶劑進行分子修復，恢復其化學活性，為電解液的循環使用提供技術支持。

3.3新材料的制備與應用

鋰電池回收過程中產生的廢料和副產物為制備新材料提供了寶貴的原料來源。廢正極材料經過回收和提純，可作為新一代電池正極材料（如磷酸鐵鋰和鎳鈷錳氧化物）的重要組分。通過燒結、溶膠－凝膠法等工藝，將提純后的金屬氧化物加工為具有良好電化學性能的活性材料，用于新電池的制造。負極中的石墨材料經過物理分選與化學清洗后，具有制備高性能導電材料的潛力，如石墨烯和石墨納米片，這些材料在電子器件和儲能設備中應用廣泛。電解液降解過程中生成的副產物則可用作催化劑載體或高分子材料的原料。

3.4資源化利用效率的提升策略

為了實現資源化利用效率的最大化，鋰電池回收技術需要從工藝優化、裝備升級和智能化控制3個方面協同推進。多技術集成工藝在提升整體回收率方面表現出顯著優勢，例如，機械分選與濕法冶金聯合應用可降低物料的復雜性，從而減少處理環節的能耗與試劑消耗。在裝備方面，模塊化與自動化設計顯著提升了設備的適用性與操作效率，同時降低了人工干預對回收質量的影響。智能化監控技術通過實時采集工藝參數（如溫度、pH值、濃度），結合機器學習算法動態優化處理流程，進一步提高資源回收率和產品質量。未來研究還需要關注回收技術的LCA，全面評估環境影響與經濟效益，以推動鋰電池回收產業的可持續發展。

4結論

鋰電池回收的污染治理與資源化利用對環境保護和資源循環利用具有重要意義。通過化學、物理和生物處理技術，能夠有效解決污染問題，而綜合治理與智能化優化顯著提升了治理的效率和精準性。在資源化利用方面，稀有金屬回收、有機溶劑再生以及副產物的深度開發，推動了鋰電池廢棄物的高值化利用。未來需進一步優化工藝參數，引入綠色處理材料，發展智能化監控與動態調整技術，實現回收效率與環境友好性的協同，為鋰電池回收產業的高效、綠色和智能化發展提供技術保障。

參考文獻

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