廢舊電池中金屬材料回收的研究是什么進展？

對廢舊鋰電池中金屬材料進行回收，既保護環境又具有良好的經濟前景。綜述了當前鋰電池中金屬材料回收的技術流程，包括電池預解決、電池材料分選、金屬富集及金屬分離提純4個步驟，每一步驟都蘊含多種解決辦法。分解了每種辦法的發展情況、優缺點及使用范圍，在實際操作中需將多種辦法結合起來以獲得更好的解決效果。鋰電池中金屬回收技術發展較成熟，在4種常見鋰電池（鈷酸鋰離子電池、錳酸鋰離子電池、鎳鈷錳酸鋰離子電池及磷酸鐵鋰離子電池）回收方面有大量使用。對廢舊鋰電池中金屬回收經濟性進行分解，結果聲明，鈷酸鋰和三元系電池具有較高的回收效益，而錳酸鋰和磷酸鐵鋰離子電池的回收效益較差。需增強對鋰電池回收技術的研究，降低成本，提高資源利用率，形成綠色環保、經濟效益好的鋰電池“加工-銷售-回收-再加工”的循環利用體系。

近年來，在能源和環境危機的推動下，伴隨著新能源汽車的飛速發展和推廣，帶來了規模龐大的鋰電池需求。據統計，全球鋰電池消費量從2000年的5億只迅速上升到2015年的70億只[1-2]。由于鋰電池使用壽命一般在3～5年，所以廢舊鋰電池數量也在逐年急劇增加，預測到2020年，僅我國廢舊鋰電池數量將會達到250億只，總重50萬噸[3]。這些廢舊電池若被隨意丟棄，不僅會給環境帶來嚴重污染，而且還造成大量的資源浪費。因此，對廢舊鋰電池進行無害化解決并對其中的資源進行回收再利用具有十分緊要的意義，引起了國內外學者的廣泛關注。其中，對廢舊鋰電池中金屬材料的回收更是被格外重視，已成為研究的熱點。

1鋰電池中金屬材料回收的意義

1.1環境保護方面的意義

鋰電池由于不含鉛、鎘、汞等重金屬而被認為是綠色電池，但廢舊鋰電池材料對環境和人體健康仍有嚴重的不利影響。表1列出了鋰電池主要成分的化學特性和潛在的危害性。

1.2經濟效益方面的意義

廢舊鋰電池被稱為“廢棄的資源庫”，表2列出了幾種常見鋰電池中主要金屬的含量。

2廢舊鋰電池中金屬材料回收技術

鋰電池由外殼和內部電芯組成，其中，電芯由正極、負極、隔膜、集流體和電解液構成，詳盡成份如表3所示。

2.1電池預解決技術

廢舊鋰電池中通常含有部分殘留電量，如果拆解不當，極易引發火災、爆炸等事故。因此，在金屬材料回收過程中，首先需對廢舊電池進行放電或失活等預解決操作，為下一步的解決提供安全條件，主要辦法有NaCl溶液浸泡法和低溫冷凍法。

2.1.1NaCl溶液浸泡法

2.1.2低溫冷凍法

2.2金屬材料分選技術

將放電后的電池進行拆解破裂及篩選分離，初步分選出含有金屬的材料，此過程中采用的辦法包括機械分離法、熱解決法、溶劑溶解法、堿液溶解法及手工拆解法。

2.2.1機械分離法

2.2.2熱解決辦法

2.2.3溶劑溶解法

2.2.4堿液溶解法

2.2.5手工拆解法

2.3金屬材料富集技術

為了更好地分離回收金屬，還需要對電極材料進行選擇性提取富集，主要采用酸浸出和生物浸出等辦法。

2.3.1酸浸出

2.3.2生物浸出

2.3.3其它富集辦法

2.4金屬材料分離技術

經過前面的解決過程，金屬外殼及大部分的銅、鋁已被分離，重點回收的鈷、鋰、鎳、錳等金屬均以離子形式存在于浸出液中，需通過進一步的深度解決，進行徹底的分離、提純并回收，一般采取溶劑萃取法、化學沉淀法、電化學沉積法等。

2.4.1溶劑萃取法

2.4.2化學沉淀法

2.4.3電化學沉積法及其它辦法

3幾種常見廢舊鋰電池中金屬材料的回收

3.1鈷酸鋰離子電池

3.2鎳鈷錳酸鋰三元電池

3.3錳酸鋰離子電池

3.4磷酸鐵鋰離子電池

4鋰電池中金屬材料回收的經濟性分解

鋰電池中金屬材料回收的經濟性可通過下列公式體現：利潤＝回收收入－加工成本－其它成本－稅費。其中，廢舊電池回收及再資源化過程中的加工成本由以下幾個部分組成。分解并計算廢舊三元電池中金屬回收的成本，結果見表4。

結論

廢舊鋰電池中鈷、鋰、鎳等稀有金屬的含量較高，具有很好的回收價值。對廢舊鋰電池中金屬回收技術的研究成為熱點，完整的回收過程包括4個步驟，每一步驟均蘊含多種解決辦法，各有優缺點，綜合利用各種辦法對金屬材料進行回收，金屬的回收率和純度基本均可達90%以上。目前已形成較為完善的廢舊鋰電池金屬材料回收技術體系，并在實際加工范疇得到廣泛使用，如邦普循環科技有限公司、格林美股份有限公司等典型回收企業都構建了完整的廢舊三元系電池和鈷酸鋰離子電池中金屬材料回收與再生業務，并呈持續擴張趨勢。鋰電池技術的發展和回收市場的迅速變化對廢舊電池的回收提出了新的挑戰和要求，今后回收技術需關注以下幾個方面。

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