废旧锂电池的回收利用技术研究

废旧锂电池的回收利用技术研究

张子骄

上海市固体废物处置有限公司 上海市 200120

摘要：为了进一步加强生态文明建设与环境保护和治理，环境及能源部门一直致力于推广应用清洁能源，与此同时，手机等电子设备及新能源汽车的普及应用都大幅度提高了锂电池需求量，废旧锂电池产生量也因此越来越大。由于废旧锂电池具有一定回收利用价值，随意处置会造成资源浪费、环境污染等诸多问题，故而促进废旧锂电池高效回收利用刻不容缓。基于此本文在简要阐述废旧锂电池回收利用重要意义的前提下，进行废旧锂电池回收技术与再生利用技术分析探讨。

关键词：废旧锂电池；回收利用；技术研究

引言

在新能源产业茁壮发展的背景下，随着锂电池使用量的急速增长，废旧锂电池产生量也明显提高。由于锂电池生产制造离不开镍、钴等重金属材料，而且锂电池中也存在碳酸甲酯等有毒有害物质，所以绝对不能将废旧锂电池随意丢弃，以免因此出现重金属污染、电解液腐蚀等环境问题，甚至可能因为氧气与电池接触导致爆炸问题，因此，深入研究废旧锂电池的回收利用技术，不仅可以有效挖掘其利用价值，也有助于生态环境建设与保护。

1. 锂电池回收利用的价值

近年来，随着智能手机以及新能源汽车的快速发展，锂离子电池的生产数量增长迅速，在各类锂离子电池产品不断迭代的大背景下，产生了大量的废旧电池，锂电池中含有稀缺金属资源，如锂、钴、镍等。通过回收废旧锂电池，可以有效地提取和回收这些金属资源，减少对自然资源的开采压力，并促进循环经济的发展。与此同时，废旧锂电池中含有的有害物质，如重金属、有机溶剂等，如果随意处理或填埋，会对土壤、水源和生态系统造成严重的污染。回收利用废旧锂电池可以有效防止这些有害物质的外泄，减少环境污染，保护生态环境，而且可以用于能量存储，实现资源循环再利用。通过科学合理的回收和处理，可以提取废旧锂电池中尚存的电能，例如用于储能系统、家庭储能等领域，延长其使用寿命，减少能源浪费[1]。

2. 废旧锂电池的回收技术

2.1非闭环回收方式

将NCM正极材料（镍钴锰三元材料）从废旧锂电池中分离，破碎并磨粉后溶解于适当的有机溶剂中。随后，加入适合金属有机框架材料的有机配体，并搅拌混合使其与金属离子配位反应。通过控制反应条件促进晶体生长，形成稳定的晶体。最后，将晶体分离、过滤去除杂质，并进行干燥处理以得到固态金属有机框架材料。这种方法制备出的金属有机框架材料具有多种结构和性质，通过这种回收方式产生较为客观的经济收益，该技术在催化、气体吸附、分离和储能等领域有广泛应用前景[2]。

2.2直接再生技术

废旧锂电池的直接再生技术是一种高效回收和再利用废旧锂电池的方法。它包括废旧锂电池的收集、分类和拆解，以及材料回收和再生制造的过程。这种技术可以通过分离和回收正负极材料，提取有价值的金属资源，并重新制造电池组件来降低对原始资源的依赖。直接再生技术具有减少环境污染、减少能源消耗和温室气体排放的优点。然而，直接再生技术面临着废旧锂电池材料复杂性和技术难度等挑战。因此，需要进一步研究和实践来改进技术，提高回收效率和再生电池的性能。发展直接再生技术对于促进废旧锂电池循环利用和实现可持续发展具有重要意义。

2.3电化学技术

选择性电化学沉积是一种有效的技术，用于回收NCM三元正极中的钴（Co）和镍（Ni）。该技术通过将NCM三元正极破碎并制成细小颗粒，然后在适当的电解液中进行电化学沉积。电解液溶解Co和Ni，并通过控制电流密度和沉积时间来控制沉积速率。在过程中，Co和Ni离子在阴极上还原成固态金属，经剥离后进行处理和回收。这种技术具有高选择性和高回收效率，并有助于减少对有限资源的依赖，促进废旧锂电池的可持续循环利用。它为废旧锂电池处理提供了一种可行的方法，有助于保护环境并有效管理资源[3]。

3废旧锂电池的再生利用技术

通过废旧锂离子电池的回收和再利用，可以最大限度地减少资源浪费，降低电池生产过程对环境的影响。同时，实现电极材料的再生还能降低生产成本，促进可持续发展。

3.1废旧锂离子电池正极材料的再生利用

3.1.1共沉淀法

废旧锂离子电池正极材料的再生过程如下：首先，将正极材料与其他组件分离，并去除表面的电解液。然后，经过破碎和磨粉处理，获得细小的颗粒或粉末。接下来，将再生材料与添加剂混合，形成打膜和滚压后的正极片。最后，经过高温烧结，提高结构稳定性和电导率。另外，废旧锂离子电池正极材料中的镍、钴、锰等金属可通过浸出液分离，再添加锂源进行共沉淀反应制备前驱体。经高温煅烧后，形成新的正极材料。以上方法有助于资源循环利用和环境保护，推动可持续能源发展。

3.1.2直接再生法

直接再生法是一种锂电池回收技术，具有资源循环利用、能源节约、环境保护、经济效益和意识提升等优点。通过再生废旧锂电池正极材料，可以降低对原材料的依赖，实现资源的循环利用，减少能源消耗和碳排放。同时，避免将废弃电池直接丢弃到垃圾填埋场或焚烧，减少了对土壤和水源的污染。

对于废旧锂电池的正极材料（如LiCoO2）再生利用方法的具体步骤如下：

（1）放电和拆解：首先将废旧锂电池进行放电，以确保其中的储能得到释放。接着，对电池进行拆解，将正极片分离出来。

（2）去除连接器：利用化学方法或机械手段，将正极片上的连接器（如铝箔）去除，以便后续处理。

（3）洗涤和筛选：将去除连接器的正极片进行洗涤，以去除表面的污染物。然后，通过筛选过程，将材料分级，以获得合适尺寸的颗粒。

（4）再生处理：将经过洗涤和筛选的正极材料进行再生处理。这通常包括热处理、溶剂处理等。热处理可通过高温煅烧，将正极材料中的金属氧化物还原为金属氧化物，使材料重新获得活性。

通过直接再生法，可以将废旧锂电池正极材料回收再利用，实现资源的循环利用和环境保护。这有助于减少废弃物的产生，节约资源，并促进可持续能源发展[4]。

3.2负极材料的再生

从负极材料中回收锂，使用酸性浸出液进行浸出法可以有效地回收负极材料中的锂。这种方法可以高效地溶解锂，并通过适当的处理方法将锂沉淀出来，实现锂的回收利用。利用负极石墨：负极石墨可以通过多种方式进行再利用。例如，可以将其用于制备石墨烯，这是一种具有优异性能和广泛应用前景的二维材料。此外，负极石墨还可以被改性并重新制备成新的材料或作为多孔吸附剂等。当前很多负极材料在回收过程中只能实现部分锂和石墨的回收，并且目前还没有找到广泛有效利用废旧负极材料的方法。因此，需要进一步探索新的再制备路径和开发负极改性剂等方法，以提高废旧负极材料的再利用效率和可行性。

结束语

总之锂电池是新能源利用的产物，因为锂电池具有一定使用年限，所以随着锂电池广泛应用，废旧锂电池产生量也在逐年提高，鉴于废旧锂电池具有回收与再生利用价值，同时如果将其随意丢弃，也会产生资源浪费等问题，为了响应国家提出的建设环保节能社会倡议，应切实加强废旧锂电池回收利用技术研究与探索，以便实现废旧锂电池资源化处理。

参考文献

[1]上海有色网.锂电池回收利用政策利好梯次利用已形成示范效应[J].资源再生,2019(2):3.DOI:CNKI:SUN:JSZS.0.2019-02-010.

[2]杨阳.退役锂电池梯级利用,容量衰减及回收流程研究[D].湖南大学,2019.

[3]李文升,樊勇利,许国峰.一种废旧锂电池回收行业强碱溶液的回收利用方法:CN201610832665.8[P].CN106299526A[2023-07-05].

[4] 张笑笑,王鸯鸯,刘媛,等.废旧锂离子电池回收处理技术与资源化再生技术进展[J].化工进展, 2016, 35(12):7.DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.041.

[5] 王洪彩.含钴废旧锂离子电池回收技术及中试工艺研究[D].哈尔滨工业大学,2013.DOI:10.7666/d.D420810.