废旧锂离子电池钴酸锂正极材料回收研究进展

废旧锂离子电池钴酸锂正极材料回收研究进展

Summary：随着我国不断出台相关环境保护治理政策，环保压力与日俱增。相关研究人员愈发重视开发合适的锂离子电池处理技术和电池部件的回收利用技术，特别是针对地壳中储量较低的元素(如Co、Li等元素)。在近些年对废旧锂离子电池回收的研究方向进行了高度概括，提出3R策略和4H原则，即再设计、再使用、再循环策略和高效、高经济收益、高环境效益、高安全性能原则。锂离子电池的总造价很大程度取决于正极材料，因此合理、高效地回收废旧电池中的正极材料具有巨大的潜在经济价值。Keys：锂离子电池；钴酸锂正极材料；回收引言锂离子电池具有体积小、质量轻、使用寿命长、安全性能好等特点，因此广泛用于移动电子设备、医疗设备和新能源设备。但是，随着锂离子电池使用量的增加，锂离子电池也面临着巨大的再循环压力。目前，废旧锂离子电池回收行业发展迅速，可以减少资源过度消耗和环境污染等问题，市场发展前景广阔，经济和社会效益也很好。在这方面，必须加强废旧锂离子电池回收技术的研究和应用。1废旧钴酸锂回收的主要工艺LiCoO2在锂离子电池市场中占据了非常大的比例。因此，随着新能源产业的不断发展，LiCoO2的退役量也会随之增加。同时，考虑到Co是一种稀有元素，具有潜在的经济价值，但处理不当会对环境有不利影响，所以提出一些有效的方法来回收和再生废弃的LiCoO2极为重要。关于从废旧LiCoO2中再生LiCoO2正极材料的相关研究已经开展了许多。按照回收结果分为两大类，回收“元素”和回收“材料”。回收“元素”，即将废旧钴酸锂正极材料通过一系列回收工艺处理后得到的回收产品是含有价金属的离子化合物(如Co3O4、CoO、CoCO3等)。回收“材料”，即废旧钴酸锂正极材料经回收工艺处理后得到的回收产品是可用于直接装配电池的再生正极材料(如LiCoO2、LiNixCoyMnzO2等)。废旧钴酸锂正极材料回收的主要工艺路线有3种:①湿法冶金工艺，将废旧钴酸锂电池的正极材料进行粉碎并煅烧，然后经过碱浸、酸浸以及萃取等工艺得到有价金属化合物;②火法冶金提取金属元素工艺，主要是在高温熔融状态下通过添加碳还原剂获得有价金属合金，然后结合湿法工艺对其进行分离;③直接再生正极材料工艺，主要是通过添加一定的元素以及包覆材料对混合浆料进行焙烧，在修复废旧正极材料的晶体结构的同时对其进行改性，使得到的再生正极材料满足电池的再次装配要求。2废旧锂离子电池钴酸锂正极材料回收2.1化学沉淀法析出法是制备三轴极性材料前体的方法，也是目前工业中用于生产三轴极性材料前体的常用方法。共沉淀法是在反应堆中添加Ni、Co、Mn和沉淀剂等元素的金属盐溶液，并通过共沉淀反应产生形态和物理特征更加一致且在元素之间均匀分布的前质沉淀。化学沉淀法主要用于处理酸性浸出液，选择适当的沉淀和沉淀条件，并将金属离子作为沉淀物分离。常用的洗涤器有碳酸钠、氨酸液等。沉淀方法通常与溶剂萃取方法结合使用。提取杂质后，采用沉淀方法降低目标产品的杂质含量。沉淀操作简单，分离效果好。硫酸作为酸性浸渍剂，H2O2作为还原剂用于废旧混合正性材料浸渍，采用碳酸盐沉淀合成三种NCM622元素，调节酸性沥滤液中Ni2+、Co2+、Mn2+沉积物经洗涤过滤后在真空中干燥，破碎的泰米尔人可以得到前体，前体与LiOHH2O混合，锂与镍钴的摩尔比为1.05:1，进行第二次煅烧，锂与镍钴之和的摩尔率为1.05:1。2.2生物处理生物处理技术主要是利用高酸度的含铁硫氧化物或生物量还原法处理电池中的活性物质，使其完全浸没。生物技术的好处在于其良好的环境性能和低使用成本。例如，炭疽杆菌用作浸漏液时，会产生一定的酸度，其浸漏效果可以直接替代酸性物质，如稀释硫酸。这种生物处理技术几乎不受活性物质的剂量、冲击条件和粒度的影响，即使在实际应用中也是如此。应用上的缺陷是浸出时间较长，锂离子电池中金属离子的浸出效率不高。在这方面，研究人员提出了一种生物过滤方法，即结合不断变化的试验条件为生物细菌寻找最佳工作条件，以便研究表明，电池金属离子在最佳条件下可浸出90%以上。应用生物处理技术的困难在于根据电池材料的特性寻找合适的生物物种，相关物种的实际培养效果不尽如人意。2.3负极碳材料回收锂离子电池的负碳含量在10-20WTC之间，如果批量碳材料得不到有效回收，可能会造成资源浪费和环境风险。因此，回收和再利用负碳材料是一项非常有益的研究。废旧阴极石墨再生后可作为高容量电池阴极材料再利用。此外，废旧锂电池的锂含量高于自然环境。因此锂可以和负碳一起回收所回收的碳材料不仅可用于电池，还可用于制备其他功能材料，如废水处理用电Fenton系统、聚合物纳米复合材料和MnO2改性石墨吸附剂。其他研究人员成功地用用过的负石墨制作了图表。与天然石墨相比，废旧电池中的石墨在反复放电后增加了平面之间的间距和层之间vanderwaals的强度。因此，将石墨分离成图形比较容易，而且其所附的氧团本身也可能防止分离后聚集。预处理的首要优先事项是减少废旧电池的风险，从而减少其排放；然后将电池块分为模块，再分为内核。其他材料(例如结构构件、连接器、引线、线束和电子元件，例如BMS)可以在拆除过程中生成。这些材料通常可以单独回收，因此不必纳入下一个回收过程。此外，如果电池组件结构简单，只有一个模块，则可以在拆卸之前直接卸下电池组件。在随后的破碎和分离过程中，芯块破碎产生的混合材料被分离，以产生薄膜、收集液、外壳和各种电极材料。不同含量的电极材料通过粘结剂作用或大颗粒聚集附着到收集液中，影响回收处理的效率。因此，在材料回收之前，有必要利用热处理和化学处理从各种材料中去除有机物，对各种材料进行分离，以提高电极材料的回收效率。结束语鉴于上述情况，中国锂离子电池消费量巨大，需要进一步回收和应用废旧锂离子电池材料，将其转化为可再生和可再利用的资源。回收和应用废旧锂离子电池材料不仅能减少整个社会的能源消耗，而且还能减少环境污染来源，从而带来巨大的经济和社会效益。然而，回收和使用废旧锂离子电池也需要研究人员不断进行研究和创新。目前，一些回收技术仍处于实验室研究或实际应用阶段，处理过程仍有待改进。有关部门应积极研究废旧锂离子电池的使用情况，并采用先进的科学技术，以确保有效回收和应用废旧锂离子电池。Reference[1]王官格,张华宁,吴彤,刘博睿,黄擎,苏岳锋.废旧锂离子电池正极材料资源化回收与再生[J].化学进展,2020,32(12):2064-2072.[2]穆德颖,刘铸,金珊,刘元龙,田爽,戴长松.废旧锂离子电池正极材料及电解液的全过程回收及再利用[J].化学进展,2020,32(07):950-965.[3]邹海凤,程琥,王雪,陈卓,胡长刚.废旧锂离子电池正极材料中有价金属的浸出回收工艺[J].应用化工,2019,48(06):1366-1369.[4]宋春红.废旧锂离子电池中铝箔与正