废旧锂离子电池的回收与利用.docx

废旧锂离子电池的回收与利用毛荣军，贾蕗路，吴越，张文华（江西省电力科学研究院，江西南昌330096）摘要：阐述了锂离子电池回收的必要性，综述了近年来废旧锂离子电池回收的主要方法。对未来锂离子电池的回收提出了展望。关键词：废旧锂离子电池；回收；磷酸铁锂中图分类号：TM912.9文献标识码：A文章编号：1002-087X(2014)05-0977-04Recycleanduseofwastelithium-ionbatteriesMAORong-jun,JIALu-lu,WUYue,ZHANGWen-hua(JiangxiProvincialElectricPowerResearchInstitute，NanchangJiangxi330096,China)Abstract:Thenecessityofwastelithium-ionbatteryrecyclewaspresented,andmaintechniquesofwastelithium-ionbatteriesrecycleinrecentyearswasreviewed.Theprospectofwastelithium-ionbatteryrecyclewasproposed.Keywords:wastelithium-ionbattery;recycle;LiFePO4随着锂离子电池应用范围的日渐广泛，整个行业对相关材料的需求量也日渐增加，特别是锂、钴等金属甚至供不应求。锂离子电池中含有钴、镍、锰、铜等重金属元素，其在环境中的沉积必然对环境带来不利的影响。同时，锂离子电池中含有有毒电解液，如果散布在环境中，将会通过食物链最后进入人类体内，对人类的健康产生危害。锂离子电池的寿命虽然可以达到几百次甚至上千次，但随着锂离子电池应用的高速发展，锂离子电池数量也随之快速增加，废旧锂离子电池对资源的巨大消耗及对环境造成的威胁已经引起了广泛的重视，锂离子电池的回收再利用成为了一个亟待解决的问题。从表1中可以看到，锂离子电池中锂离子主要存在于正极极片及电解液中。据估算，回收一吨正极钴酸锂的成本为13.5万元，而销售收入约为19万元，因此，对锂离子电池中钴、锰等材料的回收可以获得显著的经济效益和社会效益[1]。表1不同种类的锂离子电池放电后各部位所含锂元素的量-?‰ -?$‰$?/?$4204010042040100??$%/kg0.200.801.604.000.150.591.183.00$‰$%/kg0.050.140.260.660.030.090.170.43¤?$%/k‰$%/kg0.240.931.904.700.170.671.403.40??L$‰$%?*%??a$‰$!a#$$$‰%’(!)*$+,-./0a123目前废旧锂离子电池的回收主要集中在对正极材料、负极材料和集流体的回收。回收时首先要经过简单的物理拆分，分离锂离子电池的外壳和内芯。在处理电池内芯的过程中，或采用强酸或强碱直接溶解后采用湿法冶金方法对金属进行回收，或先将集流体分离开来，再对活性物质进行回收。1废旧锂离子电池正极材料的回收正极材料中包含钴、镍、锰、锂、铁、铝等金属，具有较高的回收价值，因此废旧锂离子电池的正极材料回收是锂离子电池回收的核心部分。锂离子电池的正极活性物质通过粘结剂粘结在铝箔的表面，分离铝箔和活性物质与分离活性物质中的各元素是整个回收过程的核心和难点。废旧锂离子电池正极材料的回收主要包括机械研磨法、化学沉淀法、盐析法、溶剂萃取法等方法。1.1高温固相法高温固相法是通过将废旧锂离子电池的正极极片置于高温下焚烧，分解去除有机粘结剂，同时，将电池中的金属分解，在其蒸汽挥发后冷凝回收。Fouad 等[2]将拆解得到的正极极片在800~900℃灼烧2h，该过程使铝箔和钴均发生了反应，最终钴以氧化钴的形式残留了下来。此方法工艺简单，但耗能巨大，同时会对环境造成一定的破坏。1.2机械研磨法机械研磨法是利用电极材料与研磨剂混合，在机械研磨的作用下发生反应，使钴酸锂形成新的盐类。收稿日期：2013-11-25作者简介：毛荣军（1984—），男，♂江西省人，硕士，工程师，主要研究方向为动力电池储能。通信作者：贾蕗路9772014.5Vol.38No.5SEAKI 等[3]通过机械研磨法，在行星球磨机中将钴酸锂材料和聚氯乙烯共研磨，通过30min的研磨，约90%的钴和100%的锂都会形成该金属的氯化物，在接下来的反应中用水将钴和锂从废渣中分离出来。1.3化学沉淀法化学沉淀法是先将正极材料经过酸处理，使其溶解在酸液中，再通过一系列的化学反应，最后将钴以草酸钴、锂以碳酸锂的形式沉淀下来。郭丽萍等[4]采用硫酸和过氧化氢溶液将正极材料溶解，在80℃下搅拌2h溶解锂离子电池