废旧动力锂电池回收利用技术的进展.docx

第39卷第4期2014年12月广州化学GuangzhouChemistryVol.39No.4Dec.2014文章编号：1009-220X(2014)04-0081-06废旧动力锂电池回收利用技术的进展何宏恺1，王粤威2，陈朝方2*，樊锐2，何毓辉3（1.安徽出入境检验检疫局，安徽合肥230022；2.珠海出入境检验检疫局，广东珠海519015；3.珠海银通新能源有限公司，广东珠海519090）摘要：简要介绍了动力锂电池的分类和回收利用流程，综述了国内外动力锂电池的化学、物理和联合回收工艺发展的现状，通过对比了各种回收工艺的特点，指出联合回收工艺是将来发展方向。关键词：锂动力电池；回收利用；高温冶金；湿法冶金中图分类号：X799.3文献标识码：A新能源是国家乃至全球的战略产业，其产业核心就是动力电池。其中车用动力锂电池具有能量密度高、自放电率低以及不含有毒重金属等优点，已成为制造商聚焦的热点。自WhittinghamM.S.[1-2]利用Li-TiS体系制成首个锂电池，到索尼公司使锂电池商业化[3]，以及AkshayaPadhi等[4]发现磷酸铁锂的阳极材料，动力锂电池技术经历了近三十多年的改进发展，已取得极大的进步。特别是美国Tesla（特斯拉）公司通过电池管理系统、电池组结构及散热管理等技术优势，用软件办法解决了锂电池充放电的安全问题，让普通18650型锂电池也能作为车用动力电池的选择，掀起新一股电动车的热潮。我国为了解决大气PM25污染日益严重的问题，在《节能与新能源汽车产业发展规划(2012～2020)》中把车用动力电池列为重点发展之一。自2006年起，我国锂电池产业每年都以20%～30%的速度快速发展，其中以车用动力锂电池为主。现已成为世界最大的锂电池生产基地、第二大锂电池生产和出口国。预计到2020年前后，我国仅纯电动（含插电式）乘用车和混合动力乘用车动力电池的累计报废量将会达到12～17万吨。如果没有规范的电池回收体系和先进的回收技术，这些电池无疑将对环境产生巨大危害[5]。从循环经济的观点来看，废旧动力锂电池的回收也是整个产业链中极为重要的一环，随着产能的扩大，回收问题反过来会制约生产，影响我国企业利用自主创新，力图在新能源技术的世界领域“弯道超车”目标的实现。因此，本文综述了目前国内外废旧动力锂电池的化学、物理和联合回收处理等工艺的现状，并对各工艺作出比对，期望对探讨适合我国动力锂电池的回收工艺带来启发。动力锂电池的分类动力电池包括镍氢电池和锂电池，其中动力锂电池根据阳极材料不同大致可分为锰酸锂电池、镍钴锰酸锂三元系电池及磷酸铁锂电池三大类（如表1所示）。在已经量产动力电池的正极材料产业领域，中、日、韩、美企业采用不同的材料体系。中国企业以磷酸铁锂为主，日韩企业以锰酸锂和三元材料为主，新能源汽车龙头特斯拉采用的电池正是三元正极材料。1收稿日期：2014-11-13基金项目：国家质检总局科研项目（2013IK078）。作者简介：何宏恺（1964~），男，硕士；主要从事分析化学的研究。?通讯作者：陈朝方（1971~），男，硕士；主要从事化矿产品检验的研究。chenchaofang@广州化学82第39卷表1动力锂电池的电池材料体系电池体系锰酸锂三元材料镍钴铝（NCA）或镍钴锰（NCM）磷酸铁锂电极尖晶石型钛酸锂掺杂改性阳极材料阴极材料Li(NiCoAl)O2或Li(NiCoMn)O2石墨LiFePO4石墨LiMn2O4石墨LiMn2O4Li4Ti5O12虽然锂电池不含汞、镉、铅等有害重金属元素，被称为“绿色电池”，但其正负极材料、六氟磷酸锂电解质溶液等物质会对环境和生态系统造成严重污染。随着锂电池应用的广泛，回收电池中的铜、镍和钴等元素，对减少污染、缓解资源匮乏等问题，具有重要的社会经济意义。2废旧动力锂电池回收利用流程和工艺2.1动力锂电池的回收利用流程美国、日本和欧洲等发达国家已开始着手建立新能源汽车动力电池的回收利用体系，部分国家的回收产业已颇具规模。国内的动力电池回收技术与欧美等国家发达有一定差距，回收市场也处于初步阶段，尚未建立与动力锂电池相配套的回收能力，但也有一定数量的镍氢、锂电池及钴镍再生企业或机构在吸收国外先进技术的基础上，大力推进动力电池回收利用，并做好大规模商业回收的技术储备。动力锂离子电池的一般使用寿命约为20年，但车用动力锂电池的容量衰减至80%以下时就会被废弃，实际使用时间约为3～8年。在对这些废弃的车用动力锂电池进行材料或能量的回收前，还可以把它们用于电网储能或作为低等级的动力源，建立能开采矿石循环再造冶炼化学转化二次使用电池组装电动汽车动力锂电池的使用回收利用流程图[6]图1量梯级的二次利用体系，充分发挥动力锂电池的社会经济效益。图1是结合循环经济理论和产品生命周期分析（LCA）原理