動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的核心部件。人們普遍認(rèn)為，當(dāng)容量保持率低于80%時(shí)，就不再滿足車輛的要求。因此，退役的動(dòng)力磷酸鐵鋰電池回收問題已經(jīng)浮出水面。

 

過去，企業(yè)對(duì)動(dòng)力電池的回收主要是LCO、NCM/NCA，而對(duì)磷酸鐵鋰電池的回收并沒有多大熱情。原因是現(xiàn)有的回收策略和方法成本高，而磷酸鐵鋰電池的回收價(jià)值低。然而，從2021年5月開始，磷酸鐵鋰電池的出貨量增長率已經(jīng)超過了三元鋰電池，扭轉(zhuǎn)了2018年以來磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量低于三元鋰電池的趨勢(shì)。

同時(shí)，磷酸鐵鋰電池未來在儲(chǔ)能、5G基站、新能源汽車、可再生能源并網(wǎng)等方面具有較大的市場(chǎng)空間，預(yù)計(jì)未來將長期占據(jù)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。磷酸鐵鋰電池的回歸，加上磷和鋰的價(jià)格暴漲，帶來的直接變化是人們開始關(guān)注磷酸鐵鋰電池的回收。

 

 

鋰離子電池的平均使用壽命為5到8年。由于磷酸鐵鋰電池的早期應(yīng)用，它們將面臨更早報(bào)廢等問題。2020年將迎來磷酸鐵鋰電池報(bào)廢的爆發(fā)期。

預(yù)計(jì)從2021年到2030年，我國乘用車和商用車的退役動(dòng)力電池總量將接近700萬噸，相應(yīng)的廢舊磷酸鐵鋰電池將超過200萬噸。巨大的退役量給磷酸鐵鋰電池的回收和電池材料的循環(huán)利用帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

 

1. 磷酸鐵鋰電池回收的預(yù)處理
LiFePO4電池回收是指拆解電池，提取或利用有價(jià)值的金屬的過程。由于廢舊電池的成分很多，回收的第一步需要進(jìn)行預(yù)處理，將陰極活性材料與電池外殼、分離器、集電器、電解液、碳質(zhì)添加劑和電池連接部件分開。

預(yù)處理需要拆解外殼并分離不同的有價(jià)值的部件。使用外部電阻或?qū)U電池浸入鹽溶液中進(jìn)行放電處理，以防止電擊、火災(zāi)、爆炸和一些潛在的化學(xué)危險(xiǎn)。

 

 

然后用機(jī)械直接粉碎電池。根據(jù)密度、粒度、磁性和疏水性等不同性質(zhì)，對(duì)粉碎的成分進(jìn)行比重分揀，初步分離出電池外殼、隔膜、塑料、鋁箔、陰陽極等，然后分別回收。

 

2. 磷酸鐵鋰電池正極材料的回收利用在磷酸鐵鋰電池回收中的應(yīng)用
目前，對(duì)廢舊LiFePO4電池回收的研究主要集中在正極材料方面。完全放電的鋰離子電池中的鋰元素主要存在于電池的正極，電池生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的正極廢料也具有重要的回收價(jià)值。

目前，回收正極活性材料的主流工藝是濕法，主要回收最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的鋰元素，并可同時(shí)回收鐵、鋁和其他金屬。

用NaOH堿液溶解陰極片，使集流鋁箔以NaAlO2的形式進(jìn)入溶液，過濾后的濾液用硫酸溶液中和，析出Al（OH）3，實(shí)現(xiàn)Al的回收。濾渣是LiFePO4、導(dǎo)電劑碳黑和LiFePO4表面涂層碳的混合物。

 

 

在LiFePO4電池回收中，有兩種LiFePO4的回收方法：

方法一：為了用硫酸和雙氧水溶解濾渣，LiFePO4以Fe2(SO4)3和Li2SO4的形式進(jìn)入溶液。從碳雜質(zhì)中分離出來的濾液用NaOH和氨水調(diào)節(jié)pH值，鐵首先用Fe(OH)3沉淀，剩下的液體用飽和Na2CO3溶液沉淀，得到Li2CO3；

方法2：基于FePO4微溶于硝酸，正極材料濾渣用硝酸和雙氧水溶解。首先形成FePO4的沉淀，最后沉淀出Fe（OH）3。剩余的酸溶液用飽和Na2CO3溶液沉淀出Li2CO3，實(shí)現(xiàn)Al、Fe和Li的分別沉淀和回收。

 

3. LiFePO4電池陽極材料的回收
隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，包括12v電池、24v鋰電池、36v鋰電池等，對(duì)石墨陽極的需求也在增加。廢舊鋰電池中石墨的比例為12%至21%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），這是一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)量。

在一些不生產(chǎn)石墨或石墨儲(chǔ)量較少的國家，如美國和一些歐洲國家，石墨被作為一種關(guān)鍵材料使用。預(yù)計(jì)回收的石墨粉將被回收，并在修改后用于電池生產(chǎn)。

 

 

此外，在陽極中，銅箔價(jià)格昂貴，在磷酸鐵鋰電池回收中，回收工藝簡單，回收價(jià)值高。陽極材料通?？梢酝ㄟ^熱處理、浸出或研磨浮選進(jìn)行回收。

研究人員通過簡單的高溫熔煉和篩分工藝步驟，成功地從廢舊鋰電池中再生出石墨。在1673K的氮?dú)猸h(huán)境下煅燒4小時(shí)，集電銅箔變成球形顆粒并與石墨分離，然后通過超聲振動(dòng)和篩分就可以得到再生石墨。該工藝回收的石墨純度可以達(dá)到99.5%，符合電池級(jí)石墨材料的標(biāo)準(zhǔn)。

 

4. 磷酸鐵鋰電池回收中的電解質(zhì)材料回收
在動(dòng)力電池中，電解液約占電池成本的15%，它含有比較豐富的鋰離子，具有一定的回收價(jià)值。目前，磷酸鐵鋰電池回收中的電解液回收包括真空熱解處理、有機(jī)溶劑萃取回收處理和CO2超臨界回收方法。

超臨界CO2回收廢鋰離子電池電解液是指以超臨界CO2為萃取劑，將鋰離子電池隔膜與吸附在活性物質(zhì)中的電解液分離的過程。

 

 

超臨界CO2可以有效地溶解非極性物質(zhì)，可以從廢舊鋰電池中分離出電解液。而且CO2穩(wěn)定、無毒、廉價(jià)，可以實(shí)現(xiàn)分離和回收的一體化操作，因此在鋰電池電解液的回收過程中發(fā)揮了巨大的作用。

 

5. 結(jié)論與展望
近年來，廢舊磷酸鐵鋰電池的回收利用取得了很大進(jìn)展，但大部分研究集中在正極材料的回收上，對(duì)正極材料中金屬回收機(jī)制的研究并不深入，技術(shù)轉(zhuǎn)化也不成熟。

同時(shí)，對(duì)各種金屬的選擇性分離和提純的研究還比較缺乏。對(duì)正極材料和電解質(zhì)的回收研究太少，無法實(shí)現(xiàn)全電池高價(jià)值資源的回收和再利用。

為了有效提高廢舊磷酸鐵鋰電池的回收效率，增加其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)深入研究陰陽極材料、電解液的回收工藝和原理，開發(fā)出清潔、環(huán)保、短流程的回收工藝。從而真正實(shí)現(xiàn)廢舊鋰離子動(dòng)力電池各組分的高效、優(yōu)質(zhì)回收。