废旧三元锂离子电池回收技术研究新进展

引言 科技部“国家高新技术研发计划”正式启动了“电动汽车”项目，推动纯电动汽车产业实现快速规模发展，为中国能源产业跨越式发展提供新能源。随着我 国新能源电动汽车的持续稳定发展，中航工业研究所预计，到 2025 年装机容量将大增至约 97.70 GWh，经过数百次循环充电再放电循环周期，锂离子电池系统（LIB）的内部结构也正在悄悄发生不可逆转的变化，都遮住了锂离子电池电子扩散的通道，最终直接导致电池寿命损失殆尽和电池报废，从而使整个锂离子电池系统的平均寿命局限在约 1~3 年左右[1]。废锂离子电池主要含有阳极和阴极材料、电解质、膜和韧带，对环境有害影响，因此，研究废旧锂离子电池回收处置技术具有很重要的研究意义和重大实用价值，直接拆卸已使用过的废锂离子电池就会导致内部短路烧毁并因此产生大量热量，故需要尽快对这些废旧的电池 材料进行预处理，然后在对其放电后将电池内部进行拆卸、处理分解、筛分和分离，对正负极、隔膜和外壳进行分类，最后分离并回收。

1、三元锂离子电池概述

三元锂离子电池具有工作电压系数高、能量密度比高、无记忆效应、重量轻、体积小、自发光实现良率要求低、寿命长、工作温度宽范围广等独特优点，广泛应用于现代便携式医疗电子设备系统和各类新能源汽车。三元锂离子元素通常由正极、负极、电解质、收集器、隔膜和外壳组成，多次充放电后电极材料结构损坏，导致功率严重下降，将汽车电池容量降至其原使用容量水平，需要经常更换锂离子电池。随着锂离子电池需求量的急剧增长，处理废弃的三元锂离子电池将随着电池数量而快速增长，大量废弃锂离子电池对城市环境健康构成潜在的威胁，特别是重金属、电解质、溶剂和各种有机辅助材料，如果不加以适当处置，将对生态系统和人类健康产生严重影响。废旧的三元锂离子电池材料回收技术带来许多好处，包括资源效益、经济效益和环保社会效益，由于锂离子电池所用的锂离子金属成分很复杂，浸出镍后锂必须再从上述复杂元素溶液混合物中分离出其他锂金属，因此，开发一种更加有效且低成本的高效纯的镍、钴提取物法和超纯锰提取物工艺法可以显著减少这些复杂金属分离工艺过程，降低整个电子工业成本。 2 废旧三元锂离子电池回收的原因 2.1 废旧锂离子电池产生的数量 废旧三元锂离子电池数量的增加和环保意识的提高是发展锂离子电池回收工艺的主要原因。2000年，全世界生产了 5 亿多台电视机，根据这一消耗量，预 计每年将生产约 200~500 t 锂离子电池，这些旧电池的钴含量在 5%~15%之间，锂含量在 2%~7%之间。从2000 年到 2010 年的十年间，全球锂离子电池的年产量增长了 800%。作为一个人口稠密的发展中国家，中国已成为锂离子电池生产、供应和消费的重要国家，在电动汽车行业的冲击下，到 2020 年，全球报废的锂离子电池数量将超过 250 亿个，而在全球范围内报废的锂离子电池数量将超过 250 亿个。据估计，这一数字将超过 50 万 t，到目前为止，这一数字已达10亿 t，届时，中国使用的电池的生产和生产将超过世界平均水平。