廢舊鋰離子電池回收利用

關(guān)于廢舊鋰離子電池回收利用第1頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三

目錄背景知識1鋰離子電池組成和結(jié)構(gòu)2回收利用的現(xiàn)狀和技術(shù)3存在的問題和展望4第2頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三3

背景知識第一部分第3頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三一、背景（1）鋰離子電池應(yīng)用廣泛；2009年其世界產(chǎn)量就達到38億只，其中中國2010年生產(chǎn)了26.8億只。這些鋰離子電池（38億節(jié)），其中，正極LiCoO2就達2.8萬噸；電解液約為2.4萬噸。

廢舊電池如不回收利用（鋰離子電池壽命約3年），不僅對環(huán)境造成巨大的危害，同時也是對資源的浪費（我國可開采的鈷量僅為40萬噸）。第4頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三一、背景（2）鋰離子電池是理想的動力源。鋰離子電池將更快速增長，特別是在EV，HEV中野村綜研預(yù)測2020年EV155萬輛PHEV140萬輛HEV1100萬輛第5頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三

鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和組成第二部分第6頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三二、鋰離子電池結(jié)構(gòu)和組成(1)組成：是由正極、負極、電解液、隔膜、集流體、外殼等組成。組成材料不固定：正極可以為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰等；負極可以是石墨，也可能是合金材料或者是鈦酸鋰等。常用的電解液有六氟磷酸鉀的碳酸脂類有機溶液。第7頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三二、鋰離子電池結(jié)構(gòu)和組成（2）（a）鋁塑殼LiCoO2系053450型號電池組分百分比圖(不含保護板)常用的鋰離子電池的主要成份的含量第8頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三二、鋰離子電池結(jié)構(gòu)和組成（3）常見鈷酸鋰手機鋰離子電池中的主要成分的含量第9頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三資源化回收利用的現(xiàn)狀和技術(shù)第三部分第10頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三三、回收利用的現(xiàn)狀發(fā)達國家已有一些具有一定規(guī)模的鋰離子電池處理廠:托斯寇公司（Toxco）在雀爾的分廠，就能處理不同型號、不同化學(xué)性質(zhì)鋰電池，并獲美國能源部950萬美元的支持電動車電池回收利用。

但國內(nèi)的回收起步較晚，基本采用手工拆解回收重金屬如Co等，拆解后對環(huán)境的危害更大。目前尚未建立廢舊電池回收體系，占據(jù)國內(nèi)廢舊電池回收利用前線的都是一些地下工廠。第11頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三三、回收利用的技術(shù)（1）回收過程的分類火法濕法生物法一些研究者將鋰離子回收技術(shù)分類第12頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三三、回收利用的技術(shù)（2）主要是通過高溫焚燒分解去除起黏結(jié)作用的有機物，以實現(xiàn)鋰電池組成材料間的分離，同時可使電池中的金屬及其化合物氧化、還原并分解，在其以蒸氣形式揮發(fā)后，用冷凝等方法將其收集?；鸱ɡ尤毡镜乃髂?住友公司研究表明，于1000℃以下對未拆解的廢鋰電池進行焚燒，可有效去除其所含的電解液及隔膜等有機物質(zhì)而實現(xiàn)電池的破解，焚燒后的殘余物質(zhì)包括Fe、Cu、Al等，可以通過篩分、磁選使其相互分離。第13頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三三、回收利用的技術(shù)（3）濕法例子濕法是先將鋰電池分類，然后用適當?shù)娜軇┻M行溶解分離、萃取，獲得相應(yīng)的金屬及金屬化合物材料。南俊民等人先用堿溶液浸取除鋁，并用硫酸和過氧化氫混合體系溶解鋰離子電池的電極材料，然后分別使用萃取劑AcorgaM5640和Cyanex272萃取銅和鈷，銅的回收率可達98％，鈷的回收率可達97％，而剩余的鋰可用碳酸鈉將其以碳酸鋰的形式沉淀出來。第14頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三三、回收利用的技術(shù)（4）生物法例子生物法利用具有特殊選擇性的微生物菌類的代謝過程來實現(xiàn)對鈷、鋰等元素的浸出。DebarajMishra等人使用一種名為Acidithiobacillusferrooxidans的嗜酸菌，它能以硫元素和亞鐵離子為能量源，代謝產(chǎn)生硫酸和高鐵離子等產(chǎn)物，從而有助于廢鋰離子電池中金屬元素的溶解。第15頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三三、回收利用的技術(shù)

（5）采用火法對設(shè)備、能耗的要求較高。濕法工藝的除鋁、除銅成本較高，并且僅僅是將電極材料中的某一種金屬元素進行分離提純變成基本化工原料，有較大的局限性。生物浸出技術(shù)雖具有成本低、污染小等優(yōu)點，但是目前仍處于研究階段。從廢鋰離子電池資源化方法來看第16頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三三、回收利用的技術(shù)（6）對于數(shù)碼類廢舊鋰離子電池，電解液大多不回收，較多地采用火法將其燒掉；然后回收正負極材料。

對鋰電池電解液處理比較具有特點的是加拿大的ToxcoInc.，該公司使用低溫球磨技術(shù)將鋰電池冷卻到-198.3℃，以降低電解液中各組分的相對活性，并于該溫度下用NaOH溶液對電解液進行中和，目前該公司已獲此技術(shù)申請專利。

美國的OnToTechnology,LLC，利用液態(tài)及超臨界態(tài)CO2對非極性物質(zhì)優(yōu)良的溶解性質(zhì)將電解液從廢棄的鋰電池中分離。電解液回收例子第17頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三三、回收利用的技術(shù)

（7）

1）廢舊電池前期處理；

2）電解液的回收和處置；

3）活性物質(zhì)與集流體的分離；

4）回收金屬成分；

5）電池材料的再制備。一般認為，鋰離子電池回收過程應(yīng)包括：第18頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三三、回收利用的技術(shù)

（8）Contestabile等人研究了一個實驗室規(guī)模的過程第19頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三三、回收利用的技術(shù)

（9）定向循環(huán)技術(shù)（1）預(yù)處理工序廢舊電池通過破碎分選后，通過風(fēng)選分離塑料、隔膜紙，磁選分離鐵，重選分離出銅鋁，得到粗制正極材料粉末。（2）協(xié)同萃取和單獨萃取采用P2O4萃取除雜，通過控制水相pH值，可以將水相中鐵、鋅、銅、鈣、鎂等雜質(zhì)萃取進入有機相，萃余液成分主要為含鎳、鈷、錳的混合溶液。根據(jù)需要，采用P5O7萃取分離鎳鈷元素，控制pH為5～5.5，鈷元素進入有機相，錳元素留在水相，分別得到含鈷溶液、含錳溶液。（3）合成工序1）鎳鈷錳酸鋰合成：將含鎳、鈷、錳的混合溶液，加入適量的硫酸鎳與硫酸錳，根據(jù)產(chǎn)品牌號調(diào)節(jié)溶液中鎳、鈷、錳的摩爾比；加入理論量比例的沉淀劑和適量氨水，通過控制反應(yīng)溫度、時間和溶液pH，得到晶型完好的前驅(qū)體沉淀物；將前驅(qū)體沉淀物與碳酸鋰按一定比例配比，混合均勻后，進行分段程序升溫?zé)崽幚?，冷卻后得到煅燒的鎳鈷錳酸鋰產(chǎn)品。2）鈷酸鋰合成：往鈷溶液里分別加入理論量比例的沉淀劑和適量氨水，通過控制反應(yīng)溫度、時間和溶液pH值，得到晶型完好的沉淀物；將沉淀物與碳酸鋰按一定比例配比，混合均勻后，進行分段程序升溫?zé)崽幚恚鋮s后得到煅燒的鈷酸鋰產(chǎn)品。3）錳酸鋰合成：往含錳溶液里分別加入理論量比例的沉淀劑和適量氨水，通過控制反應(yīng)溫度、時間和溶液pH值，得到晶型完好的沉淀物；將沉淀物與碳酸鋰按一定比例配比，混合均勻后，進行分段程序升溫?zé)崽幚?，冷卻后得到煅燒的錳酸鋰產(chǎn)品?！岸ㄏ蜓h(huán)”工藝的預(yù)處理以物理法除去鋁箔、銅箔、隔膜紙、鋼殼，采用協(xié)同萃取和單獨萃取相結(jié)合的方式，直接將廢舊鋰離子電池制備成電極材料。相比于傳統(tǒng)的堿溶酸浸漬，單獨萃取制備化工鹽的方式，不僅成本更低，而且更環(huán)保、產(chǎn)品附加值更高。第20頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三廢舊鋰離子電池處理中存在的問題和展望第四部分第21頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三四、廢舊鋰離子電池處理中存在的問題(1)理念落后、政策扶持不夠鋰離子電池不是真正的“綠色電池”；針對廢舊鋰離子電池回收行業(yè)尚沒出臺有效的扶持政策。(2)廢舊鋰離子電池回收技術(shù)水平有待提高。(3)電池制造者、銷售商和使用者的環(huán)境保護的積極性急需調(diào)動。第22頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三四、展望

廢舊鋰離子電池資源化技術(shù)研究將朝著有效降低成本、減少二次污染、增加回收物質(zhì)種類和提高回收率的方向發(fā)展。同時，以低能耗、低污染為特點的新型生物冶金方法在回收工藝中的應(yīng)用也將成為今后研究的重點。

實現(xiàn)電池材料的循環(huán)利