前言

  鋰離子電池自商業(yè)化應(yīng)用以來(lái)，憑借其高能量密度、小巧輕便、廣泛的應(yīng)用溫度范圍、長(zhǎng)久的循環(huán)壽命以及卓越的安全性能，迅速成為民用及軍用領(lǐng)域的首選電源，廣泛應(yīng)用于攝像機(jī)、移動(dòng)電話、筆記本電腦及便攜式測(cè)量?jī)x器等設(shè)備中，并有望成為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的核心動(dòng)力源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年中國(guó)鋰離子電池的總產(chǎn)量已達(dá)到驚人的35.5億只。

  然而，鋰離子電池在經(jīng)過(guò)500至1000次的充放電循環(huán)后，其活性物質(zhì)會(huì)逐漸失效，導(dǎo)致電池容量大幅下降而報(bào)廢。隨著鋰離子電池的廣泛使用，大量的廢舊電池隨之產(chǎn)生。若隨意丟棄，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，還會(huì)浪費(fèi)寶貴的資源。廢舊鋰離子電池中含有大量的金屬資源，如鈷（Co）、銅（Cu）、鋰（Li）、鋁（Al）、鐵（Fe）等，其中鈷、銅和鋰的含量尤為豐富，分別可達(dá)20%、7%和3%。因此，回收利用廢舊鋰離子電池中的高價(jià)值金屬，對(duì)于環(huán)境保護(hù)和資源循環(huán)利用具有重要意義。

廢舊鋰離子電池正極材料回收工藝

  鋰離子電池主要由電池蓋、電池殼、正極、負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜等組成。目前，鋰離子電池的正極材料主要包括LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4和三元材料等，負(fù)極材料則包括石墨、錫基材料、硅基材料以及鈦酸鋰等。電解質(zhì)溶液中的導(dǎo)電鹽多為L(zhǎng)iPF6、LiBF4等鋰鹽，溶劑則常用碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）等。

  作為第一代商品化的鋰電池正極材料，LiCoO2以其成熟的技術(shù)和穩(wěn)定的性能，在通訊電池等領(lǐng)域仍占據(jù)重要地位。當(dāng)前，廢舊鋰離子電池的回收利用研究主要聚焦于正極活性物質(zhì)的回收方法。根據(jù)所采用的關(guān)鍵技術(shù)，廢舊鋰離子電池的資源化處理過(guò)程可分為物理法、化學(xué)法和生物法。

1. 物理法

  物理法包括火法、機(jī)械破碎浮選法、機(jī)械研磨法及有機(jī)溶劑溶解法等。這些方法往往需要后續(xù)化學(xué)處理才能得到所需的目標(biāo)產(chǎn)物。

  火法：通過(guò)高溫焚燒去除有機(jī)粘結(jié)劑，使金屬及其化合物氧化、還原并分解，再通過(guò)冷凝等方法收集金屬蒸汽。然而，火法工藝能耗大，易產(chǎn)生大氣污染，且合金純度較低，后續(xù)處理復(fù)雜。

  機(jī)械破碎浮選法：通過(guò)破碎、篩選得到電極材料粉末，再經(jīng)熱處理去除有機(jī)粘結(jié)劑，最后通過(guò)浮選分離回收鈷酸鋰顆粒。此方法對(duì)鋰、鈷的回收率較高，但流程長(zhǎng)、成本高。

  機(jī)械研磨法：利用機(jī)械研磨使電極材料與研磨料反應(yīng)，將鈷酸鋰轉(zhuǎn)化為其他鹽類(lèi)。此方法能有效回收鈷酸鋰，且實(shí)現(xiàn)了廢物利用，值得推廣。

2. 化學(xué)法

  化學(xué)法通過(guò)氫氧化鈉、硫酸、雙氧水等化學(xué)試劑將電池正極中的金屬離子浸出，再通過(guò)沉淀、萃取、鹽析等方法分離提純鈷、鋰等金屬元素。

  沉淀法：對(duì)浸取得到的含鈷和鋰離子的溶液進(jìn)行凈化除雜，最終將鈷以草酸鈷、鋰以碳酸鋰的形式沉淀下來(lái)。

  萃取法：使用萃取劑對(duì)鈷和鋰進(jìn)行分離回收，回收率高，產(chǎn)品純度高。但流程長(zhǎng)，化學(xué)試劑使用量大，對(duì)環(huán)境有負(fù)面影響。

  鹽析法：通過(guò)在溶液中加入其他鹽類(lèi)，使溶液過(guò)飽和并析出溶質(zhì)成分，從而實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬的回收。

  電化學(xué)法：將廢舊鋰離子電池正極材料用酸溶解后，選擇性地除去雜質(zhì)，再通過(guò)電流使鈷、銅、錳等金屬在陰極析出。此方法無(wú)污染，但需消耗大量電能。

  水熱法：在高溫下，將正極材料、鋁箔、隔膜在高濃度LiOH溶液中反應(yīng)，得到再生的LiCoO2。此方法無(wú)需剝離集流體，簡(jiǎn)化了工藝流程。

3. 生物法

  生物法利用微生物將體系中的有用組分轉(zhuǎn)化為可溶化合物并選擇性溶解出來(lái)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)組分與雜質(zhì)組分的分離，最終回收有用金屬。然而，生物法對(duì)浸出環(huán)境的適應(yīng)能力較弱，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，溫度要求苛刻，限制了其推廣。

總結(jié)

  目前，工業(yè)上應(yīng)用的廢舊鋰離子電池處理工藝普遍存在經(jīng)濟(jì)效益不高、無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全無(wú)害化處理的問(wèn)題。在中國(guó)，僅有不到1%的廢棄電池得到回收，而鋰電池的回收率更是微乎其微。因此，有必要探索一種既經(jīng)濟(jì)、快速又環(huán)保的廢舊電池處理方法。

  傳統(tǒng)的濕法和干法技術(shù)雖然成熟，但工藝流程長(zhǎng)、設(shè)備要求高、成本高，且浸出液凈化需要大量電能，有機(jī)試劑的使用也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。相比之下，生物法具有耗酸低、成本低、重金屬溶出率高、常溫常壓下操作等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。然而，生物法在回收鋰電池金屬方面仍存在許多挑戰(zhàn)，如菌種的選擇與培養(yǎng)、浸出條件的控制等。

  針對(duì)我國(guó)鋰離子電池回收存在的問(wèn)題，建議加強(qiáng)政策引導(dǎo)，提高民眾環(huán)保意識(shí)，建立系統(tǒng)化的管理模式與處理系統(tǒng)。同時(shí)，企業(yè)應(yīng)探索廢舊鋰離子電池的收集體系，與電池生產(chǎn)企業(yè)建立互信機(jī)制，簡(jiǎn)化工藝流程。此外，還應(yīng)加強(qiáng)廢舊鋰離子電池預(yù)處理階段的破碎分解研究，提高破碎效率，降低成本。對(duì)于二次資源的循環(huán)利用，應(yīng)滿足綜合性、經(jīng)濟(jì)性和生態(tài)性的基本要求，推廣新型萃取劑及高效萃取設(shè)備的應(yīng)用。