废锂离子电池物理分选技术研究现状及展望

废锂离子电池物理分选技术研究现状及展望

张启成

上汽通用（沈阳）北盛汽车有限公司 辽宁 沈阳 110000

摘要：锂离子由于其具有储能电量大、使用寿命长、可循环利用、安全性能好、工作压力高等优点，在军事、航空、移动电子端、电子器具、医疗、工业等领域广泛应用。近年来，随着新能源汽车的不断发展，锂电池的年需求量及使用量逐年陡坡式增加，但随着锂电池材料成本的不断增加、人工成本增高，锂电池的制造成本不断增大。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对废锂离子电池物理分选技术研究现状及展望提出了一些建议，仅供参考。

关键词：废锂离子电池物理分选技术；研究现状；展望

引言

锂离子电池具有质量轻、体积小、自放电小、电压高、比能量高、无记忆效应、寿命长等优点，广泛应用于智能手机、笔记本电脑、摄像机、数码相机、新能源汽车等众多领域。预计2020年，废旧锂离子电池的数量和重量将分别超过250亿只和50万吨，如果不妥善处理，会造成正极材料中锂、镍、钴等金属资源的浪费，还会严重污染环境，所以废旧锂离子电池的回收和再循环迫在眉睫。

1、废锂离子电池物理分选技术

1.1放电

在电池破碎时如果电池中的化学品储存有一定电量来会造成破碎过程爆炸或火灾等事故，因此，在电池破碎前，需将电池中的电量排空，以保证后续处理的安全。放电方式主要包括物理和化学处理两大类。物理处理方式适用于小批量废旧电池的处理，将电池进行短路处理，并通过冷源中和短路带来的热量，来快速实现电池放电，物理放电方法不适于工业化大估摸处理，对设备要求较高，能耗较高。化学处理法是通过在氯化钠等导电溶液中，使废旧电池缓慢电解来实现的。用物理法进行放电时，电池电压值高于1.0V，电池在后期拆解过程易产生火星引起火灾，当废旧电池电压值低于1.0V能够实现安全拆解。但物理放电后电池电压会反复，拆解时仍有安全风险；研究人员进一步对化学放电进行了研究采用5%的NaCl溶液进行电解放电时，效果理想，能够满足放电要求，可以实现工业化，化学法放电后的电池电压不反弹,可实现安全拆解。

1.2热解

热解是通过有机物在高温350℃下分解、蒸发的原理将电极材料中的有机物、粘合剂进行分离，继续提高温度到700℃，铝箔熔化，实现铝箔的分离。采用两步热解法对电极材料进行了提纯实验，将废旧电池物料在100℃~150℃温度下保温1h，升高温度至500℃~900℃继续煅烧0.5h~2.0h，能够脱出胶黏剂的同时，还可以使炭黑等材料氧化脱除。

1.3碱浸溶解法

采用NaOH溶解集流体中的铝箔，不溶的正极活性物质变成为浸渣，经过滤实现正极物质与铝箔的分离，活性物质可通过后续处理实现回收与再利用，滤液中的NaAlOlO_２用HCl溶液调节pH，生成Al（OH）³沉淀，从而实现铝的回收再利用．

2、废锂离子电池物理分选技术研究现状

物理分选是根据废锂离子电池各组分在粒度、比重、磁性、润湿性、摩擦荷电性等物理性质的差异实现各组分分离和提纯的过程，包括筛分分选、重力分选、磁力分选和浮选等.具有经济、环保、流程短、简化后续冶金处理工艺等优点，在实际运用中物理分选大多作为废锂离子电池回收过程中的预处理工序，用来预先富集高含量的物质。

3、废锂离子电池物理分选技术研究展望

3.1电解法

电解法是利用外加电流的阴极保护原理实现废旧电池粉末的选择性浸出，使铝箔以金属形式回收，同时电解时产生的H₂可替代常规硫酸法浸出流程中添加的H₂O₂，从而提高Co的浸出率。根据热力学和电化学的优化结果，在电位E>-0.277+0.0296log[Co²⁺]且pH>2.636–0.33log[Al³⁺]情况下，以硫酸为电解液对废旧LiCoO₂电池粉末进行电解浸出，在电流密度15.63mA/cm²、硫酸浓度0.4mol/L、温度45℃、时间2h的条件下，Co的电解浸出率为91.85%，Al溶解率为6.28%。研究了在柠檬酸质量浓度36g/L、硫酸浓度0.4mol/L、电流密度15.6mA/cm2、温度25℃、电解时间2h条件下，对电池粉末的电解浸出，渣中Co和Al浸出率分别为90.85%和5.80%，溶液中Co²⁺和Al³⁺浓度分别为5.029g/L和0.085g/L，表明添加柠檬酸对浸出效果影响不大。电解法具有不引入杂质、污染小、产物纯度高等优点，但在实际电解过程中，浸出液金属元素复杂，难以将铝与其它元素有效分离，此外，还存在电能消耗大、浸出不彻底等问题。

3.2沉锂工艺

沉钴后得到的母液用NaOH溶液调节pH＞12之后再加入适量的Na₂CO₃，由于Li₂CO₃微溶于水（K_sp＝2.5×10^-2），并且其溶解度随温度的升高而降低，所以可以将经过处理的母液进行加热浓缩后趁热抽滤，再用无水乙醇洗涤2～3次，得到白色的Li₂CO₃．根据体系中各个组分在不同温度下的溶解度可知，此时副产物Na

₂SO₄及其他杂质仍保留在母液中．沉锂试验显示，该方法得到锂的一次回收率为73%。

3.3酸浸工艺

钴酸锂材料可以溶于硫酸，但此反应过程进行缓慢且钴酸锂溶解率较低，反应过程中有氧气产生．本实验采用一定浓度的Na₂S₂O₃作还原剂，在H_２SO_４体系中溶解LiCoO_２．不同浓度的Na_２S_２O_３对LiCoO_２试样溶解的影响，，随着Na_２S_２O_３浓度的增加，试样的浸出率增大，当Na_２S_２O_３浓度大于0.25mol／L时达到96%，故Na_２S_２O_３的最佳浓度为0.25mol／L。

3.4废锂离子电池物理分选技术研究展望

为了提高物理分选的分选效率和回收率，应从以下方面考虑和加强相关技术研究:(1)应根据废锂离子电池自身的材质和结构特征，针对性的选择破碎方法,扩大选择性破碎效果，应加强对破碎产物的性质特征的研究，充分了解各组分的组成、结构及相互关系等，从而为制定合理物理分选工艺的基础。(2)在废锂离子电池物理分选预处理过程中，应加强废锂离子电池中隔膜、负极材料、电解液等有用组分的低成本、高效率回收技术研究，在选择处理工艺时耍特别注意废电池的有毒有害物质的处理。(3)在制定回收处理的工艺过程中，应注重多学科交义融合，运用适当的方法来改变废锂离子电池某些组分的磁性、比重、可浮性等物理化学性质或优化处理工艺，扩大不同组分间的物理化学性质差异，从而利用物理分选技术以达到绿色、高效、经济的回收目的。(4)随若锂电池技术的发展，锂电池在材料和结构出现了新的变化，对废锂离子电池的绿色化和资源化回收提出了新的要求，不应简单的把物理分选仅仅作为回收过程中的预处理工序，物理分选与湿法冶金、火法冶金和生物冶金等其它工艺的深度融合的联合处理工艺是未来回收废锂离子电池的重要研究内容。.

结束语

综上所述，我们发现影响锂离子电池循环性能的因素很多，为了使电池有更好的循环性能来满足客户要求，在进行电池设计的过程中应该充分考虑影响电池循环寿命的各种因素，选择合理的设计方案和制造工艺。另外，消费者在使用电池的过程中应该充分考虑电池的具体特性，选用正确的方法使用电池。

参考文献

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