退役動(dòng)力鋰離子電池循環(huán)回收技術(shù)研究進(jìn)展

朱學(xué)帥,郝廷秀,黃雪,趙翠巖,李鐵鑫,李云妹,張國慶,封萍

中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100083

在全球推進(jìn)“碳達(dá)峰”“碳中和”的背景下,新能源汽車產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展[1-2]。 據(jù)統(tǒng)計(jì),2020年全球新能源汽車產(chǎn)量約310 萬輛,預(yù)計(jì)到2030年新能源汽車總量將達(dá)8 500 萬輛,占汽車市場(chǎng)的25%[3-4]。 與燃油汽車不同,新能源汽車以電力驅(qū)動(dòng),動(dòng)力電池是新能源汽車的動(dòng)力來源。 目前,鋰離子電池由于能量密度高、使用壽命長(zhǎng)、充電快速、安全環(huán)保等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于動(dòng)力電池領(lǐng)域。 根據(jù)正極活性材料種類的不同,鋰離子電池主要分為三元鋰電池[鎳鈷錳(NCM)、鎳鈷鋁(NCA)]、磷酸鐵鋰電池(LFP)、鈷酸鋰電池(LCO)和錳酸鋰電池(LMO)等。 其中,純電動(dòng)汽車以三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池為主,占比大于95% 。

動(dòng)力鋰離子電池結(jié)構(gòu)、原理及組成如圖1 所示。 使用過程中,隨著充放電次數(shù)的增加,活性材料會(huì)產(chǎn)生不可逆消耗,導(dǎo)致電池容量衰減。 通常鋰離子電池的充放電循環(huán)為1 000 ～3 000 次,5 ～10年后電池容量衰減至80% 以下,面臨退役。 預(yù)計(jì)到2030年,全球退役動(dòng)力鋰離子電池總量將達(dá)到11 Mt[5]。 由于退役動(dòng)力鋰離子電池兼具環(huán)境危害性和資源性,若不對(duì)其進(jìn)行循環(huán)利用,會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。 例如,鋰離子電池常用的電解液LiPF6與水反應(yīng),會(huì)產(chǎn)生HF 等有毒氣體[6],造成水體和大氣污染;正極材料中的鈷、鎳等易造成土壤重金屬污染。 與此同時(shí),動(dòng)力鋰離子電池的正、負(fù)極材料、集流體、外殼等含有多種有價(jià)成分[7],三元鋰電池含有鈷、鋰、鎳、銅、鋁等,磷酸鐵鋰電池含有鋰、銅、鋁等。 對(duì)這些金屬如能進(jìn)行資源化回收,會(huì)產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,同時(shí)還能減緩對(duì)原礦的過度開采,緩解鈷、鋰等資源短缺現(xiàn)狀,對(duì)新能源汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

圖1 動(dòng)力鋰離子電池結(jié)構(gòu)、原理及組成Fig.1 The structure,working principle and content of power lithium-ion batteries

退役動(dòng)力鋰離子電池的循環(huán)利用途徑主要包括梯次利用和循環(huán)回收。

梯次利用是指當(dāng)電池容量衰減至80% 以下、性能不再滿足新能源汽車需求時(shí),將電池從整車上拆解,篩選高容量的電池模組或電芯,用于低速電動(dòng)車或光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能等領(lǐng)域,其中循環(huán)次數(shù)較多的磷酸鐵鋰電池較為適合梯次利用。

循環(huán)回收主要是指對(duì)于退役鋰離子電池進(jìn)行放電、拆解、破碎、分選等預(yù)處理方法初步分離,再使用濕法、火法等冶金手段進(jìn)一步加工、提取有價(jià)組分,重新制備動(dòng)力鋰離子電池的過程。 循環(huán)回收流程如圖2 所示。

圖2 鋰離子電池循環(huán)回收流程Fig.2 Recycling process of lithium-ion batteries

三元鋰電池由于含有大量鈷、鋰、鎳等有價(jià)金屬且循環(huán)次數(shù)有限,更適合直接回收。 磷酸鐵鋰電池在梯次利用后,也需要進(jìn)行循環(huán)回收。 本文主要介紹退役動(dòng)力鋰離子電池循環(huán)回收涉及的放電、拆解、剝離、分選、冶金等作業(yè)環(huán)節(jié)的研究進(jìn)展,探討各環(huán)節(jié)存在的主要問題,并對(duì)未來新工藝、新技術(shù)、新方向進(jìn)行展望,以期能夠?yàn)橥艘蹌?dòng)力鋰離子電池資源化利用提供支撐。

1 放 電

動(dòng)力鋰離子電池退役后,電量通常不會(huì)完全耗盡,存在殘余電量,在后續(xù)拆解和破碎處理環(huán)節(jié)容易發(fā)生電池短路,致使殘余電量集中釋放產(chǎn)生大量熱量,導(dǎo)致自燃、爆炸發(fā)生,因此需先進(jìn)行放電。 同時(shí),放電過程還可使電池負(fù)極材料上的鋰元素回歸正極,提高鋰元素的回收率[8]。 動(dòng)力鋰離子電池放電方法主要為鹽溶液放電和外加電阻放電,其中鹽溶液放電多用于小容量電池,外加電阻放電適用于大容量電池。

鹽溶液放電是將電池放置于高濃度鹽水中,使內(nèi)部腐蝕短路,常用鹽溶液為NaCl。 該方法具有操作簡(jiǎn)單、成本低、電壓不反彈等優(yōu)點(diǎn),但若將大容量電池直接放入NaCl 溶液中,會(huì)生成Cl2等有毒氣體且放電時(shí)間較長(zhǎng)[9]。 相關(guān)研究表明,在鹽溶液中加入鐵粉,可以一定程度縮短放電時(shí)間[10]。

外加電阻放電法也稱歐姆放電法,是指通過負(fù)載電路使電池放電。 該方法放電倍率大、不產(chǎn)生環(huán)境污染,但放電成本較高,放電后會(huì)產(chǎn)生電壓反彈。 基于該方法開發(fā)的放電柜兼具能量回收功能,可收集放電過程消耗的大量電能,同時(shí)還能控制放電溫度,保證放電安全[11]。

可見,探索低成本、高安全性、放電徹底的放電方法,將會(huì)是未來關(guān)注的重點(diǎn)之一。

2 拆解與破碎

新能源汽車電池從整車拆卸并放電后,還需進(jìn)行拆解和破碎,得到外殼、集流體、正負(fù)極片、電極粉的混合物,以便后續(xù)分選作業(yè)。 拆解是指將電池包整體拆分成電池模組、電芯或電池單體,該過程只改變單體間的機(jī)械組合而不破壞其本身物理結(jié)構(gòu);破碎是指在外力的作用下將電池單體破壞并減小到一定粒度的過程,常使用剪切式破碎機(jī)[12]進(jìn)行鋰離子電池破碎作業(yè)。

鋰離子電池的拆解分為人工拆解和自動(dòng)拆解。人工拆解靈活性高,適用于不同型號(hào)和種類的電池,但是效率低,存在潛在的安全隱患。 隨著退役鋰離子電池?cái)?shù)量的激增和人工成本的增加,亟待開發(fā)自動(dòng)拆解技術(shù)。 目前,在先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)支持下,已實(shí)現(xiàn)機(jī)器人拆解電池包的螺栓、螺釘?shù)攘慵13],并采用智能算法進(jìn)行智能技術(shù)規(guī)劃、決策拆解任務(wù)[14]。 但自動(dòng)拆解技術(shù)對(duì)于外形受損嚴(yán)重[15]、結(jié)構(gòu)較為特殊的電池拆解難度較大,未來需提高智能拆解機(jī)器人拆解精度,并提高對(duì)不同品牌、種類、結(jié)構(gòu)、形變程度電池的適用性。

鋰離子電池破碎,根據(jù)產(chǎn)物的粒度差異可分為粗碎和細(xì)碎,產(chǎn)物的粒度與后續(xù)分選作業(yè)相關(guān)。 當(dāng)以分選隔膜或外殼為目的時(shí),以粗碎為主,破碎粒度控制在50～20 mm[16];當(dāng)以回收黑粉為目的時(shí),需對(duì)物料進(jìn)行細(xì)碎,破碎粒度至0.25 mm 左右[17]。 電池單體經(jīng)破碎后,通常外殼、隔膜主要集中在粒度大于2 mm的產(chǎn)物中,銅箔、鋁箔主要集中在2～0.25 mm 的產(chǎn)物中,黑粉主要集中在小于0.25 mm 的產(chǎn)物中[18-19]。 由于電極材料的粒度遠(yuǎn)小于0.25 mm,即使細(xì)碎后也很難對(duì)電極材料與集流體進(jìn)行充分解離,且物料粒度越細(xì)分選精度越低,因此,研究破碎與分選之間的耦合關(guān)系成為解決鋰離子電池破碎問題的關(guān)鍵。

3 剝 離

剝離的目的是將電極片中的集流體與正、負(fù)極電極材料分離[20],如圖3 所示。

電極材料與集流體通過黏結(jié)劑粘連。 黏結(jié)劑是一種高分子化合物,分為油溶性黏結(jié)劑和水溶性黏結(jié)劑,前者多用于電池正極,后者多用于電池負(fù)極。 去除黏結(jié)劑可以實(shí)現(xiàn)電極材料與集流體的分離。 由于電極材料價(jià)值遠(yuǎn)高于集流體,在剝離過程中也可以直接回收電極材料或?qū)⒓黧w去除而僅保留電極材料。 剝離方法分為物理法和化學(xué)法,物理法主要包括機(jī)械剝離法和超聲剝離法等,化學(xué)法包括熱處理法、堿溶剝離法和溶解黏結(jié)劑法等。

3.1 物理法剝離

3.1.1 超聲剝離

超聲剝離是利用液體中的微小氣泡在超聲波作用下產(chǎn)生能量,使電極材料脫落、分散于溶液中,從而達(dá)到剝離目的。 超聲波發(fā)生器的高頻振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)化成機(jī)械振蕩并傳播到水介質(zhì),水介質(zhì)流動(dòng)產(chǎn)生大量空化氣泡,氣泡在聲場(chǎng)的作用下增長(zhǎng)并突然閉合而產(chǎn)生較大沖擊波,使其周圍壓力瞬間增大,從而克服電極材料與集流體間的黏結(jié)力,使電極材料脫落剝離[21]。 但直接超聲剝離效率較低,常與物理攪拌與化學(xué)溶解等方法聯(lián)合使用,以提高剝離效率[22]。

3.1.2 機(jī)械分離

機(jī)械分離法通過剪切力和研磨力將集流體與電極材料分離,是鋰離子電池回收工藝的常用方法。 機(jī)械分離法常采用沖擊式破碎機(jī)[23]、剪切式破碎機(jī)[24]和立式攪拌磨機(jī)[25]等,其處理能力大、經(jīng)濟(jì)成本低且污染較小,但普遍存在集流體過粉碎現(xiàn)象[26],增加了電極材料的雜質(zhì)含量,且未破壞黏結(jié)劑化學(xué)結(jié)構(gòu),無法使電極材料與集流體有效分離[27],因此需與熱解等方法聯(lián)合使用。

3.2 化學(xué)法剝離

3.2.1 熱處理法

熱處理法是指通過高溫分解黏結(jié)劑,從而使電極材料剝離的過程,可分為熱解法[28]和煅燒法[29]。 熱解法是在隔絕空氣氣氛下對(duì)電極片進(jìn)行高溫處理,相較于煅燒法,所需的溫度更高,加熱時(shí)間更長(zhǎng)。 真空熱解時(shí),升高溫度和延長(zhǎng)處理時(shí)間會(huì)促進(jìn)黏結(jié)劑的分解[30]。 高溫煅燒法是指在含氧氣氛下對(duì)電極片進(jìn)行高溫處理,可直接去除黏結(jié)劑,但能耗高且會(huì)產(chǎn)生HF,需凈化燃燒產(chǎn)生的氣體和煙霧,增大了附加成本[31]。 真空熱解對(duì)環(huán)境更為友好,同時(shí)可以保護(hù)貴重金屬不被氧化,有效回收鈷和鋰,并降低銅和鋁回收成本。

3.2.2 堿溶法

堿溶法是利用正極集流體鋁箔溶于堿,而黏結(jié)劑和電極粉不溶于堿而使其分離的方法。 常用的堿溶液為NaOH 溶液,與鋁反應(yīng)生成NaAlO2后過濾得到電極材料,實(shí)現(xiàn)電極粉與鋁箔分離[32]。 堿溶法剝離效率較高,但電極材料仍被黏結(jié)劑包裹且堿溶液易腐蝕容器,為提高電極材料的游離度,仍面臨去除黏結(jié)劑的問題[33]。

3.2.3 溶解黏結(jié)劑法

溶解黏結(jié)劑法是利用相似相溶原理,將破碎后的極片浸入到溶液中,使正極片黏結(jié)劑與有機(jī)溶劑作用后分解,從而實(shí)現(xiàn)電極材料與集流體的分離。常用的有機(jī)溶劑有N-甲基吡咯烷酮(NMP)[21]、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、磷酸三乙酯[34]等,以及含有機(jī)酸的柑橘類果汁[35]、硫酸[36]等。 化學(xué)溶解是去除黏結(jié)劑的有效方法,但常用的NMP 等溶劑存在成本高、剝離效率低、污染環(huán)境、有毒性等缺點(diǎn),限制了其廣泛應(yīng)用。 因此,研究綠色、高效、安全的溶劑成為未來的發(fā)展方向。

綜上所述,不同剝離方法存在著成本、環(huán)境、效率等差異(表1)。 物理法剝離成本較低,但剝離效果較差;化學(xué)法剝離效率高,但成本較高且需要解決環(huán)境污染等問題。 為強(qiáng)化剝離效果,不同剝離方法可以單獨(dú)或聯(lián)合使用。

表1 不同剝離方法效果比較Table 1 Comparison of stripping performance of various methods

4 分 選

退役鋰離子電池經(jīng)拆解、破碎后得到多組分混合物,需經(jīng)分選才能得到單一組分物料。 基于不同物料特性差異,磁選、重選、浮選等分選方法均可用于鋰離子電池回收。 經(jīng)適合的方式分選后,物料的品位和回收率均會(huì)得到提升,選后的外殼、隔膜等可直接利用,電極材料還需要進(jìn)行后續(xù)冶金處理[37],從而實(shí)現(xiàn)回收效益最大化。

4.1 外殼、隔膜分選

鋰離子電池的外殼厚度約0.3 mm,材質(zhì)通常為鋁殼和鋼殼,具有密度大、厚度大等特性;隔膜材質(zhì)通常為聚乙烯和聚丙烯,密度約0.9 g/cm3,厚度僅為40 μm 左右。 基于兩者的上述特性可以利用其在氣流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)行為差異進(jìn)行分選[38],外殼作為重產(chǎn)物,隔膜作為輕產(chǎn)物。 該方法不產(chǎn)生任何廢水廢氣,且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低。 此外,也可利用外殼和隔膜的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性差異,采用靜電分離法[39]、磁選法[40-41]回收。 外殼和隔膜的存在會(huì)影響后續(xù)電極材料回收效果,因此宜提前將其分離。

4.2 電極片分選

由于構(gòu)成正、負(fù)電極片的電極材料和集流體均不相同,若能在剝離作業(yè)前將其分離,會(huì)大幅提升后續(xù)電極材料的品位和回收率。 目前,尚不具備在保證全品類回收的前提下實(shí)現(xiàn)正、負(fù)極片的大規(guī)模分選作業(yè)的技術(shù)手段,而采用人工手段效率低且存在安全隱患,因此亟待開發(fā)正、負(fù)電極片分離技術(shù)。 對(duì)于水溶性的負(fù)極黏結(jié)劑,可先對(duì)正、負(fù)極片混合物料進(jìn)行浸泡、攪拌剝離、篩分回收作業(yè),再結(jié)合渦流電選法將正、負(fù)極片分離[42]。 渦流電選法綠色環(huán)保,但處理量及物料粒度均具有局限性[43],未得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。 對(duì)于非水溶性的負(fù)極黏結(jié)劑,在經(jīng)過細(xì)碎、篩分后,可利用銅箔、鋁箔之間的密度差異進(jìn)行脈動(dòng)氣流[44]或立式氣流[45]分選,但細(xì)粒物料分選效率較低。

4.3 正、負(fù)極粉末分選

正、負(fù)極粉末混合物也稱黑粉,因其價(jià)值較高,一直是鋰離子電池回收的關(guān)鍵。 通常,經(jīng)預(yù)處理后黑粉主要集中在小于0.25 mm 粒度級(jí),難以直接利用密度差異進(jìn)行分離。 為強(qiáng)化分離效果,離心力場(chǎng)被引入分離過程[46]。 離心分選操作簡(jiǎn)單,無須添加試劑,且一定程度提高了分選效果,為分離正、負(fù)極粉末提出了新思路,但由于電極粉末的粒度過細(xì),現(xiàn)有離心分選設(shè)備分離效率很難超過85%。 與之比較,基于正、負(fù)極表面親疏水性差異的浮選法具有更高的回收效率,常用黃藥[47]、正十二烷[48]作捕收劑,用甲基異丁基甲醇(MIBC)[49]、松油醇[47]作起泡劑。 鋰離子電池正、負(fù)極粉末親疏水性雖然差異明顯,但由于PVDF 附著在正極粉末表面,使其與負(fù)極粉末具有相似的疏水性,從而影響浮選分離效果,因此在浮選時(shí),需先脫除PVDF,再進(jìn)行浮選作業(yè)[50]。 浮選過程受藥劑制度、操作流程及黏結(jié)劑去除效果等因素影響較大,且浮選廢水容易產(chǎn)生二次污染,因此目前仍以實(shí)驗(yàn)室研究為主,未進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。 正、負(fù)極粉末的分選回收方法見表2。

表2 正、負(fù)極粉末分選方法Table 2 Separation methods of anode and cathode powders

5 冶 金

冶金是回收鋰離子電池正極材料中有價(jià)金屬鎳、鈷、鋰等的有效方法,可分為火法冶金、濕法冶金兩大類。

5.1 火法冶金

火法冶金回收是指將電池放置于高溫的條件下,使其中有價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)化為易于回收的化合物并將其回收的過程。 火法冶金具有回收效率高、步驟簡(jiǎn)單、能耗高等特點(diǎn),又可分為高溫冶煉和還原焙燒。

5.1.1 高溫冶煉

高溫冶煉是在反應(yīng)爐中進(jìn)行直接煅燒,工藝簡(jiǎn)單,不受電池種類、型號(hào)限制[5],但在冶煉過程中,由于鋰元素具有親氧性,會(huì)隨爐渣流失,且冶煉過程溫度常常大于1 500 ℃,不利于節(jié)約能耗和節(jié)省資源。

5.1.2 還原焙燒

還原焙燒是指在高溫和還原劑的條件下使電池正極材料分解,將高價(jià)金屬還原成低價(jià)態(tài)化合物的回收方法。 還原焙燒溫度較低,在600 ℃左右[51]。 為了提高回收效率,需要加入還原劑,如石墨[52]、MnSO4[53]、炭黑[54]等。 還原焙燒常與酸浸法聯(lián)合使用,起到減少還原劑、提高回收效率的效果。

目前,火法冶金技術(shù)已在鋰離子電池回收過程中實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。 但其高能耗、高污染、高成本等缺點(diǎn),與回收工藝節(jié)能降耗、電池回收價(jià)值降低之間的矛盾日益凸顯,未來將逐漸被更高效、環(huán)保的回收技術(shù)代替。

5.2 濕法冶金

濕法冶金將經(jīng)過預(yù)處理后得到的正極活性材料浸出,金屬以離子形式進(jìn)入浸出液中,然后分離浸出液中金屬的方法。 具有能耗低、回收率高等優(yōu)點(diǎn),是目前回收鋰離子電池最有效的方法。 根據(jù)回收原理的不同,可以分成酸浸法、氨浸法、生物浸出法。

5.2.1 酸浸法

酸浸法是將電池正極材料放入酸溶液中,利用其還原性將金屬離子還原成低價(jià)態(tài)并浸出的過程。 酸浸法可分為無機(jī)酸法和有機(jī)酸法。

常用的無機(jī)酸有鹽酸[55]、硝酸[56]、硫酸[57]。 其中,鹽酸浸出效果最佳[40],且不需要添加還原劑,但是鹽酸具有強(qiáng)揮發(fā)性,在回收過程中會(huì)產(chǎn)生大量氯氣,導(dǎo)致鹽酸回收鋰離子電池的方法難以工業(yè)化。 硝酸由于具有揮發(fā)性以及強(qiáng)氧化性,在浸出過程中不僅會(huì)生成有毒尾氣,還會(huì)使低價(jià)金屬氧化至高價(jià),影響回收率。 目前,硫酸應(yīng)用較為廣泛,但單獨(dú)浸出金屬離子時(shí)效果并不理想,需搭配還原劑使用,使高價(jià)態(tài)的金屬離子還原至低價(jià)態(tài),還原劑通常使用過氧化氫。

無機(jī)酸雖然具有價(jià)格低廉、效率高等優(yōu)點(diǎn),但會(huì)產(chǎn)生大量的酸性廢水和有毒氣體,因此,無刺激氣味且可重復(fù)利用的有機(jī)酸成為近年來的研究熱點(diǎn),甲酸[58]、乙酸[59]、草酸、馬來酸[60]均曾用于正極材料的回收。 有機(jī)酸通常需要配合還原劑來使用,其中過氧化氫、葡萄籽、抗壞血酸等均可用作還原劑。

5.2.2 氨浸法

氨浸法是指將鋰離子電池正極材料放入氨水中,在還原劑與緩沖溶液的作用下,將高價(jià)態(tài)的有價(jià)金屬如Co4+、Ni4+還原為低價(jià)態(tài),并與氨形成穩(wěn)定的絡(luò)合物,從而分離的過程[61]。 氨浸法對(duì)鈷、鎳等金屬離子具有較好的絡(luò)合能力[62],但對(duì)鐵、鋁等金屬離子絡(luò)合能力較差。 氨浸法除使用氨水之外,還需加入還原劑和緩沖溶液,從而將高價(jià)的金屬離子還原至低價(jià)態(tài),并使溶液的pH 值保持穩(wěn)定[63-64]。

5.2.3 生物浸出法

生物浸出法是一種利用酸化微生物回收鋰離子電池的方法。 微生物在回收過程中,以有機(jī)酸或無機(jī)酸形式作為浸出劑,Cu2+、Fe2+作為還原劑將電池中金屬轉(zhuǎn)化為可溶于水的鹽類。 氧化亞鐵硫桿菌[65]、嗜鐵鉤端螺旋體[66]、胞外聚合物[67]等均可用于電池回收。 生物浸出是目前最為環(huán)保的回收方法,可以回收整塊電池,省去預(yù)處理步驟且不需要復(fù)雜的工業(yè)設(shè)備,但由于在浸出過程中微生物需通過分泌酸來回收金屬,所以仍然會(huì)產(chǎn)生含硫酸、草酸等低濃度的酸性廢水。 此外,微生物培養(yǎng)困難、回收周期長(zhǎng)等問題,也限制了其推廣應(yīng)用。

綜上所述,冶金方法在效率、成本等方面存在顯著差異。 其中,火法冶金步驟簡(jiǎn)單且工業(yè)應(yīng)用成熟,但存在高能耗、高污染、回收有價(jià)金屬不全面等缺點(diǎn);濕法冶金中無機(jī)酸浸法效率較高,但廢水難以處理且酸浸成本高;更為環(huán)保的有機(jī)酸浸法、氨浸法和生物浸出法將成為未來研究熱點(diǎn)。 不同冶金方法對(duì)鋰離子電池中有價(jià)金屬的回收效果見表3。

表3 有價(jià)金屬的冶金回收方法Table 3 Metallurgical recovery methods of valuable metals

6 結(jié)語與展望

隨著新能源汽車產(chǎn)量的持續(xù)增長(zhǎng),退役動(dòng)力鋰離子電池的回收問題日益凸顯。 退役動(dòng)力鋰離子電池中既含有鈷、鋰、鎳等高價(jià)金屬,也含有HF、LiF6PO4等有害物質(zhì)。 為保障新能源汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi),退役鋰離子電池循環(huán)利用技術(shù)研究已成為熱點(diǎn)。

本文從放電、拆解、破碎、剝離、分選、冶金等環(huán)節(jié)論述了動(dòng)力鋰離子電池循環(huán)回收的方式方法,既涵蓋了可工業(yè)化應(yīng)用的成熟工藝,也討論了實(shí)驗(yàn)室研究的技術(shù)熱點(diǎn)。 通過綜合分析可知,目前動(dòng)力鋰離子電池回收行業(yè)尚未形成綠色、高效、全組分回收利用的成熟工業(yè)應(yīng)用技術(shù),仍面臨許多方面的挑戰(zhàn):

(1) 缺乏適用于不同種類、型號(hào)鋰離子電池循環(huán)回收的破碎、拆解設(shè)備,無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高精度、智能化、無污染的破碎和拆解作業(yè)。

(2) 剝離過程無法實(shí)現(xiàn)效率、環(huán)境、成本的統(tǒng)一,存在有害元素在不同作業(yè)環(huán)節(jié)間的傳遞和轉(zhuǎn)移。

(3) 預(yù)處理環(huán)節(jié)缺乏成熟的、針對(duì)不同組分的分選設(shè)備,導(dǎo)致后續(xù)冶金環(huán)節(jié)雖具有相當(dāng)高的回收率,但產(chǎn)品的最終回收率普遍較低。

(4) 動(dòng)力鋰離子電池生產(chǎn)將向低成本、高穩(wěn)定、多樣化方向發(fā)展,也大幅提升了循環(huán)回收難度,為退役動(dòng)力鋰離子電池的大規(guī)模、綠色、高效循環(huán)回收帶來了新挑戰(zhàn)。

退役鋰離子電池是寶貴的二次資源,綠色、高效的回收其中的有價(jià)成分對(duì)于資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)均具有重大意義。