废旧锂离子电池中有价金属的回收概述

刘方方

摘 要：简要阐述了回收废旧锂离子电池中有价金属的重要性，归纳了国内外相关领域的回收技术，展望了回收技术的发展。

关键词：废旧锂离子电池；回收技术；有价金属；环境污染

中图分类号：TM912；X705 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.024

1 市场背景

锂离子电池作为当今世界应用最广泛和最有发展前景的电池之一，其产量和使用量在不断增加。根据日本矢野经济研究所的研究数据，2012年，全世界锂离子单体电池市场为1.17万亿日元，预计2015年将增长到2.88万亿日元。但是，锂离子电池的使用寿命一般为1～3年，经过几百、几千次的充放电后，其活性材料就会因为溶解流失、结构变化等问题而失去活性，导致电池容量下降，最终使得电池失效报废。随着锂离子电池在储能领域的广泛使用，废旧锂离子电池给贵金属资源的利用和环境污染等造成的压力也与日俱增。

2 回收有价金属的重要性

2.1 废旧锂电池对环境的不良影响

如果废旧锂离子电池处理不当，就会对环境和人类健康造成不良的影响。锂电池是由正极材料、负极材料、电解质和隔膜等几部分组成。各组成部分对环境和人类健康的影响如表1所示。

表1 锂离子电池各种组分对环境和人类的影响

材料

种类 具体物质 化学特性 产生的影响

正极

材料 LiCoO2、LiMnO4、LiFePO4等 能够与酸碱反应，产生重金属 重金属污染，使环境的pH值升高

负极

材料 石墨等 燃烧能够产生CO等，同时还能引发粉尘污染 燃烧产生的CO和固体粉尘颗粒会污染空气

电解液溶质 LiPF6、LiBF4、

LiCIO4等 强烈的腐蚀性，遇水或高温能够产生有毒气体 产生有毒气体，污染空气，经由皮肤、呼吸接触对人体造成刺激

电解液溶剂 EC、EMC、DMC、

PC等 燃烧能够产生CO 醇等有机物污染，经由皮肤、呼吸接触会对人体造成刺激

其他

材料 PVDF 可与氟、浓硫酸、强碱、碱金属反应 受热分解产生HF，产生氟污染

2.2 符合持续性发展的要求

锂离子电池中含有大量的钴、锂、镍等有价金属，其含量分别为5～20 wt%、5～7 wt%和5～10 wt%，都高于自然界矿石中相应的金属含量。当前，在回收废旧锂离子电池中有价金属方面，主要针对的是有价金属钴和锂。

钴在地壳中的平均含量很低，仅为0.001 wt%. 自然界已知含钴矿物近百种，但是，没有单独的钴矿物，大多伴生于镍、铜、铁等硫化物矿床中，并且含量比较低。全世界已探明的钴金属储量为1.48×106 t，我国已探明钴金属储量仅为4.7×105 t。因此，钴属于稀缺战略金属。

锂是金属活动性较强的金属，有“高能金属”之称。除了将其应用于锂离子电池中作为活性材料之外，其锂化物可作为助溶剂应用于陶瓷制品中，也可作为脱氧剂、脱氯剂等应用于冶金工业中。

随着锂离子电池的广泛使用，每年都会产生大量的废旧锂离子电池。这些废旧锂离子电池中的有价金属，比如钴、锂等，目前还没有得到系统的回收利用。因此，如果能够从大量的废旧锂离子电池中高效回收这些有价金属，不仅具有较高的经济价值，还能够减少对环境的污染，符合可持续发展的要求。

3 国内外的主要回收方法

目前，国内外回收废旧锂离子电池中有价金属的步骤是：①彻底放电，拆分、粉粹废旧电池；②分离各组成部分，即正极、负极、电解液和隔膜等；③实现有价金属的富集；④减少或消除有害物质对环境的污染。

回收方法主要分为物理方法和化学方法两大类。物理方法主要有机械分离法、机械研磨法和热处理法等。机械分离法主要用于废旧电池的前期处理中，比如去除电池的外壳等；机械研磨法是对电池中固体物质施加机械力，使材料结构或物质组成上发生变化，从而为下一步材料的分离和回收提供基础。化学方法主要有碱液浸出、酸液浸出、生物浸出、溶剂萃取、化学沉淀和电化学沉积等。其中，碱液浸出和酸液浸出都是传统的化学浸出方法，它们能够使电极材料中的金属元素以离子的形式进入溶液中，进而为下一步分离提供依据；生物浸出是由生物冶金技术发展而来的新方法，它是通过细菌的氧化作用使金属以离子的形式进入溶液中，具有高效率、低成本、环境友好等特点。

4 展望

现阶段，在回收废旧锂离子电池的过程中，主要存在以下几个问题：①废旧锂离子电池拆分效果不理想，不能彻底分离活性物质。②在处理废旧锂离子电池的过程中，会产生很多污染物，比如在电池破碎的过程中，LiFePO4分解产生HF、PF5等有毒气体；在使用强酸进行资源化的过程中，容易产生Cl2、NO、NO2和大量含酸或含碱的废水等，进而对环境造成二次污染。③关于废旧锂电池处理办法的法律法规还不完善。④人们缺乏对废旧锂离子电池回收利用必要性的认识，回收意识淡薄。

鉴于此，在今后的发展过程中，锂离子电池中有价金属的回收工作应朝着减少污染、提高回收效率、增强人们参与回收的积极性等方向发展。

参考文献

[1]王福鸾，杜军，裴金海.全球锂电池市场状况和应用发展综述[J].电源技术，2014，38（3）：564-568.

[2]欧秀芹，孙新华，程耀丽.锂离子电池的综合处理方法[J].中国资源综合利用，2002（6）：18-19.

〔编辑：白洁〕