鋰離子電池作為電力存儲(chǔ)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)中。從回收有價(jià)金屬(鈷、鋰)和減輕環(huán)境污染等角度考慮，廢舊鋰電池的回收至關(guān)重要。一般采用直接回收、火法冶金、濕法冶金、生物濕法冶金(生物浸出)和電冶金等回收方法來(lái)重新合成鋰電池。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文對(duì)廢舊鋰電池回收利用的最新進(jìn)展進(jìn)行了綜述，包括回收工藝的發(fā)展、回收所得產(chǎn)品的鑒定以及回收方法對(duì)環(huán)境負(fù)擔(dān)的影響。

 

直接回收鋰電池

直接回收是將廢鋰離子電池轉(zhuǎn)化為資源最有前景的方法之一。但由于繁瑣的預(yù)處理及有毒試劑的使用，這項(xiàng)技術(shù)目前主要局限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模。直接回收策略背后的主要思想是重新激活廢舊電池中的活性電極材料，以恢復(fù)回收過(guò)程中的容量和性能損失，直接回收包括以下幾個(gè)重要步驟，即放電和拆卸，電解質(zhì)的回收，電極材料或金屬箔的分離以及電極材料的再生。正極材料的主要再生方法有固相反應(yīng)、水熱處理、共沉淀法、溶膠-凝膠法和碳-熱還原法，但均存在雜質(zhì)難以去除、能耗較高、反應(yīng)復(fù)雜等問(wèn)題。

 

火法冶金回收鋰電池

火法冶金作為一種應(yīng)用廣泛的萃取冶金技術(shù)，在廢舊電池回收領(lǐng)域得到廣泛發(fā)展。當(dāng)采用傳統(tǒng)的火法冶金工藝(如直接焙燒)回收廢鋰時(shí)，鋰的各種成分(即陰極、陽(yáng)極、粘合劑、隔膜和電解質(zhì))在高于1000℃的操作溫度下轉(zhuǎn)化為含鈷合金、爐渣和氣體。含鈷合金通常作為有價(jià)值的產(chǎn)品收集起來(lái)，而爐渣和氣體則作為廢物處理。

 

 

濕法冶金回收鋰電池

濕法冶金被廣泛應(yīng)用于利用各種水溶液(如酸)回收鋰離子電池的有價(jià)組分。與火法冶金法相比，濕法冶金法在回收廢鋰方面更為成熟，在浸出和凈化過(guò)程的整合提供了各種實(shí)際優(yōu)勢(shì)，包括高回收效率、高選擇性、低能耗和更少的氣體排放然而，從可持續(xù)性的角度來(lái)看，強(qiáng)酸的利用和液體廢物的處理構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)，鼓勵(lì)了從Hydro 1.0到Hydro 4.0的可持續(xù)濕法冶金工藝的發(fā)展：無(wú)機(jī)酸、堿浸提(Hyro 1.0)、有機(jī)酸和溶劑的浸出和萃取(Hyro 2.0)、綜合浸出萃取(Hyro 3.0)、可持續(xù)利用(Hyro 4.0)。

 

生物浸出工藝回收廢鋰電池

影響生物浸出工藝回收性能的主要因素包括：(1)嗜酸微生物類(lèi)型(細(xì)菌vs真菌)，(2)pH和溫度，(3)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或能量來(lái)源，(4)礦漿密度，(5)廢LIB粉的催化劑和粒度等。生物浸出技術(shù)目前仍然局限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究，主要受限于緩慢的金屬溶解動(dòng)力學(xué)。因此，提高生物浸出效率，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵金屬的選擇性溶出，是未來(lái)發(fā)展方向。

 

電冶金法回收廢舊鋰電池

與酸浸或堿浸等傳統(tǒng)方法相比，電冶金法在從廢lib中回收關(guān)鍵金屬方面受到越來(lái)越多的關(guān)注。電冶金是一類(lèi)涉及使用電解、電弧爐和其他電氣操作的冶金技術(shù)，包括電積、電精煉、電鍍和電鑄四種工藝。電化學(xué)過(guò)程使用原位產(chǎn)生的電子作為氧化劑或還原劑，而不是在其他循環(huán)過(guò)程中使用的外源化學(xué)物質(zhì)。電化學(xué)輔助浸出被認(rèn)為是環(huán)保的，比傳統(tǒng)的需要大量反應(yīng)物、高濃度酸和高溫的水浸出方法更有效。影響電冶金回收性能的主要因素有:(1)電流密度/施加電壓;(2)電解液濃度;(3)浸出時(shí)間、溫度、混合程度等。

 

總結(jié)

• 直接回收過(guò)程對(duì)幾乎所有的廢電池組件，包括陰極，陽(yáng)極和鋁箔都可以回收。然而仍處于起步階段，再生過(guò)程尚未得到很好的發(fā)展且回收材料的性能可能不如原始材料。
• 火法/濕法冶金回收的高效率和實(shí)用性推動(dòng)了大規(guī)模工藝和商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展。然而有害污染物的排放值得重視。
• 生物浸出是一種環(huán)保、低成本、低能耗的工藝，主要由于金屬溶解動(dòng)力學(xué)緩慢問(wèn)題，仍處于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模。
• 電冶金法利用電能通過(guò)電解使金屬溶解，可以生產(chǎn)出高純度的金屬，但受設(shè)備和雜質(zhì)影響較大。