練俊杰

（惠州市億緯鋰能有限公司，廣東 惠州 516000）

鋰離子電池已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)備電源、電動(dòng)汽車。便攜式設(shè)備等領(lǐng)域當(dāng)中，受到了人們廣泛的關(guān)注。鋰電池的優(yōu)勢(shì)在于其體積相對(duì)較小、能量密度高、對(duì)環(huán)境友好且使用壽命長(zhǎng)，因此鋰離子電池的應(yīng)用也被視為時(shí)可持續(xù)交通系統(tǒng)動(dòng)力源的最佳手段[1]。同時(shí)，由于鋰電池的需求量不斷增加，使得在生產(chǎn)過程中以及使用壽命之后會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣鋰電池。鋰電池內(nèi)部有價(jià)金屬尤其是稀有金屬可以通過回收再利用的形式提高鋰電池的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)考慮到廢氣鋰電池對(duì)環(huán)境造成的危害會(huì)造成不利于可持續(xù)發(fā)展的問題，本文開展對(duì)鋰電池中有價(jià)金屬浸出回收工藝的研究。

1 鋰電池中有價(jià)金屬浸出回收工藝研究

本文提出的鋰電池中有價(jià)金屬浸出回收工藝主要步驟可分為三步，分別為：第一步，鋰電池前處理工藝。通過物理手段處理廢氣的鋰電池；第二步，鋰電池正極材料浸出。將正極材料從溶液當(dāng)中浸出，并將各種金屬材料以離子的形式融入在溶液中；第三步，有價(jià)金屬材料回收分離。對(duì)浸出后溶液中的有價(jià)金屬分離并分別回收。下面本文將對(duì)回收工藝的三個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明。

（1）鋰電池前處理工藝。鋰電池有價(jià)金屬浸出通常是在廢舊鋰電池中進(jìn)行，首先采用機(jī)械分離的方法將鋰電池的外殼去除，并將鋰電池內(nèi)部各類材料進(jìn)行富集濃縮處理，方便后續(xù)熱處理和溶解回收工序。由于鋰電池的體積相對(duì)較小，其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、精細(xì)，內(nèi)部化學(xué)組成包括多種金屬材料、無機(jī)物以及有機(jī)物，只通過機(jī)械分離方法很難將鋰電池內(nèi)部的各類材料徹底的分離。因此本文選用熱處理的方法對(duì)機(jī)械分離后的鋰離子電池進(jìn)行處理，去除鋰電池材料中難溶于水的聚合物、有機(jī)物以及碳粉等，并將鋰電池中的電極材料和集流體分離。通過熱處理后的鋰電池材料粘結(jié)劑和電炭黑被有效的清除。但需要注意的是，在實(shí)際操作過程中熱處理分離方法消耗的能量較大，去除的有機(jī)粘結(jié)劑以及其它添加的成分會(huì)通過高溫加熱的形式轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌鼘?duì)人體有害的物質(zhì)，因此在熱處理時(shí)應(yīng)當(dāng)加裝特殊的氣體采集凈化裝置。同時(shí)在高溫狀態(tài)下，熔融的金屬材質(zhì)會(huì)包覆著活性物質(zhì)，例如鈷酸鋰等，會(huì)造成有價(jià)金屬的浸出受到一定的影響。因此還需要利用溶解法對(duì)鋰電池進(jìn)行進(jìn)一步的處理。采用強(qiáng)極性的有機(jī)溶劑溶解鋰電池電極上的粘結(jié)劑聚偏氟乙烯，使熔融的集流體金屬上的鈷酸鋰脫落，從而簡(jiǎn)化鋰電池的回收工藝流程，提高對(duì)有價(jià)金屬的回收效果。在實(shí)際應(yīng)用中，不同鋰電池的制造廠商制造的鋰電池電極的方法不同，使用的粘結(jié)劑也存在差異，因此鋰電池中活性物質(zhì)從集流體中脫落的情況存在一定差異，因此，在實(shí)際操作時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)情況適當(dāng)增加或減少有機(jī)溶劑的量。

（2）鋰電池正極材料浸出，通過上文處理后得到的鋰電池電極材料還需要對(duì)其正極材料進(jìn)行進(jìn)一步的浸出操作。本文選用強(qiáng)酸浸出的方法對(duì)鋰電池正極材料中的有價(jià)金屬從正電極固體粉末中轉(zhuǎn)移到溶液當(dāng)中，并與電炭黑、有機(jī)粘結(jié)劑等成分分離從而為后續(xù)的有價(jià)金屬提純操作提供原材料。在浸出過程中強(qiáng)酸會(huì)產(chǎn)生大量的酸性氣體和酸性液體，因此處理過程較為復(fù)雜，強(qiáng)酸的腐蝕性對(duì)設(shè)備的要求也較高，因此在一定程度上也增加了回收工藝的成本。針對(duì)這一問題，本文選用有機(jī)酸作為浸出劑，將鋰電池中的有價(jià)金屬浸出，通過實(shí)際操作得出有價(jià)金屬的浸出率可高達(dá)94.2%以上。對(duì)于濃度低的有價(jià)金屬含量溶液也可通過生物浸出的方法將其浸出。利用具有特殊選擇性的微生物菌種群，在其代謝的過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池中有價(jià)金屬的浸出和提取。利用該方法可以有效緩解強(qiáng)酸浸出方法中強(qiáng)酸的消耗，提高對(duì)有價(jià)金屬的溶出率，降低成本。

（3）有價(jià)金屬材料回收分離。通過上述方法浸出后的溶液中存在多種不同的金屬元素，因此還需要將有價(jià)金屬材料送溶液中分離，本文采用共沉淀的方法回收溶液中的有價(jià)金屬離子。首先在浸出溶液中添加碳酸鹽，當(dāng)碳酸鹽與溶液中的有價(jià)金屬發(fā)生反應(yīng)是會(huì)產(chǎn)生不易氧化的沉淀物質(zhì)。再將沉淀物質(zhì)浸出，并在70℃，pH為6.5的環(huán)境中制備15μm左右的球形前軀體，通過400℃的預(yù)處理后，高溫煅燒制備陽極材料，并在電流為15mA/g，電壓為1.6V～3.5V，首次放電比容量為135mAh/g的條件下得到倍率性能優(yōu)異的有價(jià)金屬。在共沉淀法合成鋰電池正極材料時(shí)，前軀體的合成十分關(guān)鍵，在其反應(yīng)過程中，濃度、溫度以及pH值的控制都會(huì)對(duì)有價(jià)金屬材料的顆粒形貌以及電化學(xué)性能造成一定影響，因此在實(shí)際操作過程中要嚴(yán)格按照規(guī)定用量，從而從鋰電池中浸出電化學(xué)性能良好的有價(jià)金屬。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

圖1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

實(shí)驗(yàn)材料選用某地區(qū)廢氣鋰電池處理廠中的鋰電池材料。回收的廢舊鋰電池中可能存有少量的電量，因此在實(shí)驗(yàn)前首先要對(duì)鋰電池進(jìn)行氯化鈉溶液浸泡放電處理，防止在后續(xù)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)爆炸。完成準(zhǔn)備工作后，分別用本文提出的回收方法與傳統(tǒng)的回收方法對(duì)鋰電池材料中的有價(jià)金屬浸出，設(shè)本文方法為實(shí)驗(yàn)組，傳統(tǒng)方法為對(duì)照組，并利用ICP—OES分析實(shí)驗(yàn)式樣中的有價(jià)金屬元素，并將分析結(jié)果繪制成如圖1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖。

由圖1中的兩條實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線可以看出，實(shí)驗(yàn)組有價(jià)金屬的浸出率明顯高于對(duì)照組。在6min時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組的浸出率可大75.2%以上，而對(duì)照組最高的浸出率為36.7%。因此通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的鋰電池有價(jià)金屬浸出回收工藝與傳統(tǒng)回收工藝相比浸出率更高。同時(shí)在本文回收工藝過程中使用的危險(xiǎn)材料較少，因此進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋰電池中有價(jià)金屬的安全、環(huán)保的回收。

3 結(jié)束語

廢舊鋰電池的數(shù)量日益增加，如何利用環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的手段對(duì)林電池中有價(jià)金屬浸出回收是目前急需解決的問題。本文針對(duì)這一問題提出了一種全新的浸出回收方法，可以有效滿足循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。在后續(xù)的研究中還將對(duì)鋰電池有價(jià)金屬浸出回收工藝中的預(yù)處理和污染防治、正極材料回收以及負(fù)極材料回收等方面的內(nèi)容進(jìn)行過增加深入的研究，從而實(shí)現(xiàn)鋰電池的無害化。