廢舊鋰電池的回收工藝

吳昺坤 王覺 張健庭

華北理工大學冶金與能源學院

一、鈷酸鋰

Xiaoping Chen[1]等提出了利用濕法冶金探究在溫和浸出條件下使用磷酸作為浸出劑和沉淀劑，從陰極材料LiCoO2中回收有價值的金屬的可能性。根據(jù)浸出結果，在優(yōu)化的浸出條件為40℃，在60min內(nèi)且僅涉及浸出和過濾，就可以分離并回收超過99%的Co。根據(jù)對數(shù)速率動力學模型研究了浸出動力學，所得結果表明Co和Li的浸出與該模型非常吻合，Co和Li的活化能（Ea）分別為7.3和10.2 kJ/mol。最后，從表征結果中可以發(fā)現(xiàn)，所獲得的產(chǎn)物是97.1%的純磷酸鈷。

二、鎳酸鋰

鎳酸鋰是一種多功能材料，被認為是多用途光學元件和光子電路最有前途的平臺之一。研究人員將回收的廢舊鋰電池焙燒預處理后與蘆葦粉混合，利用硫酸和硝酸的混合溶液對預處理后的正極材料進行攪拌浸出，固液分離，得到所需浸出溶液。這種方法明顯加快了反應速度，并且在較低的酸度下就可以浸出得到回收物；對于硝酸和硫酸的需求量也比較低；層狀結構的破壞大大提高了金屬浸出率；減少了廢棄物處理費用，無論是經(jīng)濟效益還是環(huán)境效益都可以達到最大化；過程在封閉空間內(nèi)發(fā)生，防止了氮氧化物逸出造成的環(huán)境問題。

三、磷酸鐵鋰

韓小云[2]等人通過利用NaOH溶液浸泡廢棄材料分離廢舊磷酸鐵鋰電池的鋁箔和正極材料，所得鐵和鋰的浸出率分別為96.6%和97.0%。祝宏帥[3]等人以磷酸和雙氧水溶液不含金屬鋁的失效磷酸鐵鋰正極材料對鋰進行浸出，測定發(fā)現(xiàn)測定溶液中鋰離子和鐵離子的濃度，研究了加入硫酸和雙氧水的量、固液質(zhì)量比等諸多條件對鋰浸出率的影響，并發(fā)現(xiàn)在最優(yōu)條件下鋰浸出率為99.21%，鐵浸出率為99.99%。潘英俊[4]等人對磷酸鐵鋰正極片回收及再利用，通過堿溶液促使實現(xiàn)活性物質(zhì)與鋁箔分離。所的產(chǎn)物與稀酸溶液混合，經(jīng)過清洗、干燥和除雜，加入含有鐵金屬或鋰金屬的化合物以調(diào)整元素摩爾比，最后通過加入蔗糖在氬氫混合氣氛中煅燒。

四、其它

Jialiang Zhang[5]等提出了一種從廢棄鋰電池的鋰鎳鈷錳（NCM）陰極中回收有價金屬的聯(lián)合工藝。在此過程中，首先用碳質(zhì)還原劑焙燒陰極廢料，然后采用碳酸水浸出法從焙燒的陰極中選擇性提取鋰。最后，將獲得的殘余物浸入硫酸溶液中以回收Co，Ni和Mn。結合熱力學分析，浸出實驗和表征進行了系統(tǒng)研究，以探討操作條件和浸出機理的影響。結果表明，通過向浸出系統(tǒng)中注入CO2可以顯著改善Li的浸出，并且可以在10min內(nèi)以較低的液固比浸出80%以上的Li。 酸浸工藝更有效，更經(jīng)濟，這歸因于還原焙燒后具有高活性的金屬的低價態(tài)的轉(zhuǎn)變。

鋰金屬陽極由于其最低的還原電位和高的比容量而成為電池領域的圣杯； 然而，由于樹枝狀晶體和不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)中間相的存在，嚴重的安全隱患和較差的循環(huán)穩(wěn)定性阻礙了其應用。 針對這些問題，科學家們提出了具有獨特的豎立結構的螺旋形Li陽極。 直立的結構使盤繞的Li陽極具有豐富的內(nèi)部反應界面/空間/質(zhì)量，以進行鋰沉積/存儲/傳輸，從而可以誘導Li樹枝狀晶體和SEI的內(nèi)部生長。 通過現(xiàn)場觀察和數(shù)值模擬，闡明了盤繞式鋰陽極的鋰離子遷移/沉積行為及機理。 得益于體積膨脹小和足夠的Li +傳輸，卷曲的Li陽極與Li4Ti5O2陰極相結合在5C下可獲得超過2000個循環(huán)的長壽命，可逆容量為129 mAh/g，庫侖效率為100%。

五、結語

在提倡節(jié)能環(huán)保的今天，鋰電池具有極大的優(yōu)勢，已被廣泛用作便攜式電子設備的電源，并正在進入運輸和電網(wǎng)應用，迫切需要新的電池設計來滿足對高能量密度電池不斷增長的需求，由于鋰離子電池的復雜物理化學性質(zhì)，很難識別導致電池退化和故障的內(nèi)部變化。數(shù)據(jù)融合分析是通過使用超聲波感應數(shù)據(jù)來構建新的電池運行狀況指示器來實現(xiàn)的，從而擴展了傳統(tǒng)電池管理系統(tǒng)的功能。因此鋰電池的回收也應被重視起來。唯有不斷改進現(xiàn)有方法，同時發(fā)現(xiàn)新的方法回收方法并提高效率和成本的協(xié)調(diào)關系。同時，隨著鋰電池種類的逐漸增多，能否廣泛推廣是很重要的因素，即鋰電池的回收應該與鋰電池的制備達到同樣的重視程度。