近些年，由于節(jié)能減排的呼聲越來越高，新能源汽車應(yīng)運(yùn)而生，最為突出的便是鋰電池電動(dòng)汽車。面對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)量的不斷增加，隨之而來的便是動(dòng)力電池裝機(jī)量的增加。

動(dòng)力電池最常用的為磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池，它們是動(dòng)力汽車的心臟。由于動(dòng)力電池由許多稀有金屬組成，加之專利技術(shù)的組合，所以是最貴的部件。

動(dòng)力電池中的Ni、Co、Mn等有價(jià)金屬的平均含量要高于原生礦石的平均含量，所以從動(dòng)力電池中回收有價(jià)金屬是個(gè)不錯(cuò)的選擇。據(jù)ReportLinker預(yù)測，全球電池回收市場規(guī)模預(yù)計(jì)將在2020—2024年增長57.7億美元（約合人民幣404億元），年均復(fù)合增長率將達(dá)9%。國際能源署預(yù)計(jì)，2030年左右全球鋰離子電池回收市場將增長到200億歐元（約合人民幣1648億元）。

鋰電的回收方法目前大概分為濕法浸出工藝與金屬離子分離技術(shù)。濕法浸出工藝又分為化學(xué)浸出法（一步浸出法和兩步浸出法）、微生物浸出法和氨浸工藝法；金屬離子分離法又分為電化學(xué)工藝、萃取工藝和沉淀工藝。

化學(xué)浸出法

通常，正極材料中的Ni、Co、Mn等金屬氧化物粉末的純度很高。金屬離子可以通過浸出工藝從金屬氧化物粉末中轉(zhuǎn)移到溶液中形成原料液。主要的化學(xué)浸出法分為一步浸出法和兩步浸出法。

一步浸出法

一步浸出法主要采用H2SO4、HCl、HNO3這種無機(jī)強(qiáng)酸，配合H2O2作還原劑，以及與無還原性的無機(jī)強(qiáng)酸聯(lián)用。在無機(jī)酸浸取廢舊正極材料中有價(jià)金屬離子的過程中，H2SO4、HCl和HNO3都是強(qiáng)酸，所以無機(jī)酸—還原劑體系的浸取過程對(duì)浸出設(shè)備要求比較高，所以近年來開始考慮探索用有機(jī)酸代替無機(jī)酸，如檸檬酸、蘋果酸、草酸、琥珀酸和抗壞血酸等。在有機(jī)酸浸出過程中，酸濃度、還原劑量以及溫度都會(huì)對(duì)浸出結(jié)果產(chǎn)生影響。有機(jī)酸—還原劑浸出體系操作方法簡單，對(duì)設(shè)備腐蝕性小且對(duì)環(huán)境相對(duì)友好，反應(yīng)速率快，浸出率高。

兩步浸出法

兩步浸出法是先將廢舊鋰電池正極材料置于NaOH中進(jìn)行堿煮，然后在進(jìn)行酸浸處理。這種方法能有效地將電極活性物質(zhì)和Al進(jìn)行分離，從而減少后續(xù)分離純化過程的影響，但是堿浸過程中回收到的氫氧化鋁質(zhì)量和本身價(jià)值都不好，堿浸后的廢液還需要用酸處理。

微生物浸出工藝

微生物浸出工藝主要是利用特定的微生物以及微生物代謝產(chǎn)物的絡(luò)合、還原、氧化。微生物浸出工藝可以分為直接作用和間接作用。直接作用就是利用微生物分泌的酸性物質(zhì)提供H+使得正極材料中有價(jià)金屬離子得以溶解浸出，同時(shí)細(xì)胞內(nèi)的氧化酶系統(tǒng)產(chǎn)生氧化的氛圍；間接作用主要是利用微生物優(yōu)先氧化部分金屬離子，再利用氧化的離子提供氧化氛圍，使得有價(jià)金屬離子得以浸出。

微生物浸出工藝具有浸出率高、對(duì)環(huán)境友好、工業(yè)要求少、工藝簡單且浸出成本低等優(yōu)點(diǎn)，有很好的前景。但微生物容易在高濃度金屬濃度下中毒失活所以浸出率受到限制。同時(shí)，微生物的生長周期長，容易被污染，不容易培養(yǎng)，應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)化還有一定的局限性，目前仍處于研究階段。

氨浸工藝

氨浸工藝常用來對(duì)Cu、Ni、Co進(jìn)行浸出，在此過程中不會(huì)產(chǎn)生二次浪費(fèi)，氨浸工藝對(duì)復(fù)雜電子垃圾的濕法處理具有重要意義。氨—硫酸銨—Na2SO3體系浸出正極材料，得到Ni、Co、Li的浸出率均達(dá)到98.6%，而Mn的浸出率僅為1.36%。通過氨水浸出回收Co，成本比NaOH低，同時(shí)通過添加氨提高浸出溶液的pH值，可以使Mn和Al分離，使得氨浸出工藝具有一定的競爭優(yōu)勢。

金屬離子分離技術(shù)

在濕法冶金技術(shù)中，浸出后的有價(jià)金屬元素均以離子狀態(tài)存在于浸出液中，想要進(jìn)一步資源化，還需要選擇性地將不同的有價(jià)金屬Ni、Mn、Co、Li等進(jìn)行分離，目前最常用的方法有電化學(xué)法、萃取工藝、沉淀工藝等。

電化學(xué)工藝

電化學(xué)工藝主要依據(jù)電解原理，陰極為廢舊正極材料，陽極為鉛板，通過電解的方式浸出廢舊正極材料中的Ni、Mn、Co、Li等有價(jià)金屬。電解時(shí)陽極會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)（替代H2O2的作用），同時(shí)鋁箔在還原性氛圍中無法發(fā)生溶解。再回收構(gòu)成中無需其他的萃取劑和添加劑，為提取有價(jià)金屬創(chuàng)造了條件。

電化學(xué)工藝不需要添加其他物質(zhì)，與其他工藝相比回收的物質(zhì)純度較高，但會(huì)發(fā)生共沉積且能耗高。

萃取工藝

萃取工藝是指借助有機(jī)萃取試劑萃取廢舊鋰電池中的有價(jià)金屬，常用的萃取劑有磷酸三丁酯、膦酸酯、2—乙基己基膦酸單 2—乙基己基酯、二(2, 4, 4—三甲基戊基) 次磷酸、二—(2—乙基己基磷酸)、三辛胺、2—羥基—5—壬基苯甲醛肟等。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，混合萃取劑萃取效果明顯優(yōu)于單一萃取劑。萃取法回收有價(jià)金屬，能耗低、金屬分離純度高、操作簡單。但是該方法需要大量的萃取試劑，使用后的萃取液處理不當(dāng)會(huì)造成環(huán)境污染，同時(shí)萃取劑價(jià)格較高，所以萃取法又有一定的局限性。

沉淀工藝

沉淀法是在濕浸法浸出后的浸出液中加入沉淀劑，目標(biāo)金屬離子以不溶化合物的形式沉降，達(dá)到金屬分離的目的。沉淀劑一般有草酸、高錳酸鉀等。

通過沉淀法分離浸出液中的有價(jià)金屬，金屬的回收率較高且成本低，適用于工業(yè)。主要的問題是產(chǎn)物純度低，因此需要控制有價(jià)金屬離子沉淀析出的順序，從而提高產(chǎn)品純度。

總結(jié)

在提倡節(jié)能環(huán)保的今天，鋰電被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備的電源以及電動(dòng)汽車的動(dòng)力能源，但根據(jù)目前的回收技術(shù)，廢舊電池的回收確實(shí)處于“高投入低回報(bào)”的尷尬境地。如果要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化拆解生產(chǎn)線，前期需要投入大量資本。就目前來看，正規(guī)企業(yè)由于前期投入大，需要數(shù)量足夠的多、價(jià)格足夠便宜的電池來分?jǐn)偝杀�，這一點(diǎn)還較難實(shí)現(xiàn)。為了建立完整的動(dòng)力電池的生命周期閉環(huán)，需要各方面的積極協(xié)作。國家應(yīng)該統(tǒng)一規(guī)劃布局，規(guī)范約束動(dòng)力電池回收市場。

參考資料:

練俊杰.鋰電池中有價(jià)金屬浸出回收工藝研究.2020

高端，王繼芬. 廢舊鋰電池中有價(jià)金屬的濕法回收技術(shù)研究進(jìn)展.2020

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星屑）

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