近些年，由于節(jié)能減排的呼聲越來越高，新能源汽車應運而生，最為突出的便是鋰電池電動汽車。面對電動汽車產(chǎn)量的不斷增加，隨之而來的便是動力電池裝機量的增加。

動力電池最常用的為磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池，它們是動力汽車的心臟。由于動力電池由許多稀有金屬組成，加之專利技術的組合，所以是最貴的部件。

動力電池中的Ni、Co、Mn等有價金屬的平均含量要高于原生礦石的平均含量，所以從動力電池中回收有價金屬是個不錯的選擇。據(jù)ReportLinker預測，全球電池回收市場規(guī)模預計將在2020—2024年增長57.7億美元（約合人民幣404億元），年均復合增長率將達9%。國際能源署預計，2030年左右全球鋰離子電池回收市場將增長到200億歐元（約合人民幣1648億元）。

鋰電的回收方法目前大概分為濕法浸出工藝與金屬離子分離技術。濕法浸出工藝又分為化學浸出法（一步浸出法和兩步浸出法）、微生物浸出法和氨浸工藝法；金屬離子分離法又分為電化學工藝、萃取工藝和沉淀工藝。

化學浸出法

通常，正極材料中的Ni、Co、Mn等金屬氧化物粉末的純度很高。金屬離子可以通過浸出工藝從金屬氧化物粉末中轉移到溶液中形成原料液。主要的化學浸出法分為一步浸出法和兩步浸出法。

一步浸出法

一步浸出法主要采用H2SO4、HCl、HNO3這種無機強酸，配合H2O2作還原劑，以及與無還原性的無機強酸聯(lián)用。在無機酸浸取廢舊正極材料中有價金屬離子的過程中，H2SO4、HCl和HNO3都是強酸，所以無機酸—還原劑體系的浸取過程對浸出設備要求比較高，所以近年來開始考慮探索用有機酸代替無機酸，如檸檬酸、蘋果酸、草酸、琥珀酸和抗壞血酸等。在有機酸浸出過程中，酸濃度、還原劑量以及溫度都會對浸出結果產(chǎn)生影響。有機酸—還原劑浸出體系操作方法簡單，對設備腐蝕性小且對環(huán)境相對友好，反應速率快，浸出率高。

兩步浸出法

兩步浸出法是先將廢舊鋰電池正極材料置于NaOH中進行堿煮，然后在進行酸浸處理。這種方法能有效地將電極活性物質和Al進行分離，從而減少后續(xù)分離純化過程的影響，但是堿浸過程中回收到的氫氧化鋁質量和本身價值都不好，堿浸后的廢液還需要用酸處理。

微生物浸出工藝

微生物浸出工藝主要是利用特定的微生物以及微生物代謝產(chǎn)物的絡合、還原、氧化。微生物浸出工藝可以分為直接作用和間接作用。直接作用就是利用微生物分泌的酸性物質提供H+使得正極材料中有價金屬離子得以溶解浸出，同時細胞內的氧化酶系統(tǒng)產(chǎn)生氧化的氛圍；間接作用主要是利用微生物優(yōu)先氧化部分金屬離子，再利用氧化的離子提供氧化氛圍，使得有價金屬離子得以浸出。

微生物浸出工藝具有浸出率高、對環(huán)境友好、工業(yè)要求少、工藝簡單且浸出成本低等優(yōu)點，有很好的前景。但微生物容易在高濃度金屬濃度下中毒失活所以浸出率受到限制。同時，微生物的生長周期長，容易被污染，不容易培養(yǎng)，應用于大規(guī)模工業(yè)化還有一定的局限性，目前仍處于研究階段。

氨浸工藝

氨浸工藝常用來對Cu、Ni、Co進行浸出，在此過程中不會產(chǎn)生二次浪費，氨浸工藝對復雜電子垃圾的濕法處理具有重要意義。氨—硫酸銨—Na2SO3體系浸出正極材料，得到Ni、Co、Li的浸出率均達到98.6%，而Mn的浸出率僅為1.36%。通過氨水浸出回收Co，成本比NaOH低，同時通過添加氨提高浸出溶液的pH值，可以使Mn和Al分離，使得氨浸出工藝具有一定的競爭優(yōu)勢。

金屬離子分離技術

在濕法冶金技術中，浸出后的有價金屬元素均以離子狀態(tài)存在于浸出液中，想要進一步資源化，還需要選擇性地將不同的有價金屬Ni、Mn、Co、Li等進行分離，目前最常用的方法有電化學法、萃取工藝、沉淀工藝等。

電化學工藝

電化學工藝主要依據(jù)電解原理，陰極為廢舊正極材料，陽極為鉛板，通過電解的方式浸出廢舊正極材料中的Ni、Mn、Co、Li等有價金屬。電解時陽極會發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應（替代H2O2的作用），同時鋁箔在還原性氛圍中無法發(fā)生溶解。再回收構成中無需其他的萃取劑和添加劑，為提取有價金屬創(chuàng)造了條件。

電化學工藝不需要添加其他物質，與其他工藝相比回收的物質純度較高，但會發(fā)生共沉積且能耗高。

萃取工藝

萃取工藝是指借助有機萃取試劑萃取廢舊鋰電池中的有價金屬，常用的萃取劑有磷酸三丁酯、膦酸酯、2—乙基己基膦酸單 2—乙基己基酯、二(2, 4, 4—三甲基戊基) 次磷酸、二—(2—乙基己基磷酸)、三辛胺、2—羥基—5—壬基苯甲醛肟等。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，混合萃取劑萃取效果明顯優(yōu)于單一萃取劑。萃取法回收有價金屬，能耗低、金屬分離純度高、操作簡單。但是該方法需要大量的萃取試劑，使用后的萃取液處理不當會造成環(huán)境污染，同時萃取劑價格較高，所以萃取法又有一定的局限性。

沉淀工藝

沉淀法是在濕浸法浸出后的浸出液中加入沉淀劑，目標金屬離子以不溶化合物的形式沉降，達到金屬分離的目的。沉淀劑一般有草酸、高錳酸鉀等。

通過沉淀法分離浸出液中的有價金屬，金屬的回收率較高且成本低，適用于工業(yè)。主要的問題是產(chǎn)物純度低，因此需要控制有價金屬離子沉淀析出的順序，從而提高產(chǎn)品純度。

總結

在提倡節(jié)能環(huán)保的今天，鋰電被廣泛應用于便攜式電子設備的電源以及電動汽車的動力能源，但根據(jù)目前的回收技術，廢舊電池的回收確實處于“高投入低回報”的尷尬境地。如果要實現(xiàn)自動化拆解生產(chǎn)線，前期需要投入大量資本。就目前來看，正規(guī)企業(yè)由于前期投入大，需要數(shù)量足夠的多、價格足夠便宜的電池來分攤成本，這一點還較難實現(xiàn)。為了建立完整的動力電池的生命周期閉環(huán)，需要各方面的積極協(xié)作。國家應該統(tǒng)一規(guī)劃布局，規(guī)范約束動力電池回收市場。

參考資料:

練俊杰.鋰電池中有價金屬浸出回收工藝研究.2020

高端，王繼芬. 廢舊鋰電池中有價金屬的濕法回收技術研究進展.2020

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星屑）

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