废旧电池中金属材料回收的研究是什么进展？

对废旧锂电池中金属材料进行回收，既保护环境又具有良好的经济前景。综述了当前锂电池中金属材料回收的技术流程，包括电池预解决、电池材料分选、金属富集及金属分离提纯4个步骤，每一步骤都蕴含多种解决办法。分解了每种办法的发展情况、优缺点及使用范围，在实际操作中需将多种办法结合起来以获得更好的解决效果。锂电池中金属回收技术发展较成熟，在4种常见锂电池（钴酸锂离子电池、锰酸锂离子电池、镍钴锰酸锂离子电池及磷酸铁锂离子电池）回收方面有大量使用。对废旧锂电池中金属回收经济性进行分解，结果声明，钴酸锂和三元系电池具有较高的回收效益，而锰酸锂和磷酸铁锂离子电池的回收效益较差。需增强对锂电池回收技术的研究，降低成本，提高资源利用率，形成绿色环保、经济效益好的锂电池“加工-销售-回收-再加工”的循环利用体系。

近年来，在能源和环境危机的推动下，伴随着新能源汽车的飞速发展和推广，带来了规模庞大的锂电池需求。据统计，全球锂电池消费量从2000年的5亿只迅速上升到2015年的70亿只[1-2]。由于锂电池使用寿命一般在3～5年，所以废旧锂电池数量也在逐年急剧增加，预测到2020年，仅我国废旧锂电池数量将会达到250亿只，总重50万吨[3]。这些废旧电池若被随意丢弃，不仅会给环境带来严重污染，而且还造成大量的资源浪费。因此，对废旧锂电池进行无害化解决并对其中的资源进行回收再利用具有十分紧要的意义，引起了国内外学者的广泛关注。其中，对废旧锂电池中金属材料的回收更是被格外重视，已成为研究的热点。

1锂电池中金属材料回收的意义

1.1环境保护方面的意义

锂电池由于不含铅、镉、汞等重金属而被认为是绿色电池，但废旧锂电池材料对环境和人体健康仍有严重的不利影响。表1列出了锂电池主要成分的化学特性和潜在的危害性。

1.2经济效益方面的意义

废旧锂电池被称为“废弃的资源库”，表2列出了几种常见锂电池中主要金属的含量。

2废旧锂电池中金属材料回收技术

锂电池由外壳和内部电芯组成，其中，电芯由正极、负极、隔膜、集流体和电解液构成，详尽成份如表3所示。

2.1电池预解决技术

废旧锂电池中通常含有部分残留电量，如果拆解不当，极易引发火灾、爆炸等事故。因此，在金属材料回收过程中，首先需对废旧电池进行放电或失活等预解决操作，为下一步的解决提供安全条件，主要办法有NaCl溶液浸泡法和低温冷冻法。

2.1.1NaCl溶液浸泡法

2.1.2低温冷冻法

2.2金属材料分选技术

将放电后的电池进行拆解破裂及筛选分离，初步分选出含有金属的材料，此过程中采用的办法包括机械分离法、热解决法、溶剂溶解法、碱液溶解法及手工拆解法。

2.2.1机械分离法

2.2.2热解决办法

2.2.3溶剂溶解法

2.2.4碱液溶解法

2.2.5手工拆解法

2.3金属材料富集技术

为了更好地分离回收金属，还需要对电极材料进行选择性提取富集，主要采用酸浸出和生物浸出等办法。

2.3.1酸浸出

2.3.2生物浸出

2.3.3其它富集办法

2.4金属材料分离技术

经过前面的解决过程，金属外壳及大部分的铜、铝已被分离，重点回收的钴、锂、镍、锰等金属均以离子形式存在于浸出液中，需通过进一步的深度解决，进行彻底的分离、提纯并回收，一般采取溶剂萃取法、化学沉淀法、电化学沉积法等。

2.4.1溶剂萃取法

2.4.2化学沉淀法

2.4.3电化学沉积法及其它办法

3几种常见废旧锂电池中金属材料的回收

3.1钴酸锂离子电池

3.2镍钴锰酸锂三元电池

3.3锰酸锂离子电池

3.4磷酸铁锂离子电池

4锂电池中金属材料回收的经济性分解

锂电池中金属材料回收的经济性可通过下列公式体现：利润＝回收收入－加工成本－其它成本－税费。其中，废旧电池回收及再资源化过程中的加工成本由以下几个部分组成。分解并计算废旧三元电池中金属回收的成本，结果见表4。

结论

废旧锂电池中钴、锂、镍等稀有金属的含量较高，具有很好的回收价值。对废旧锂电池中金属回收技术的研究成为热点，完整的回收过程包括4个步骤，每一步骤均蕴含多种解决办法，各有优缺点，综合利用各种办法对金属材料进行回收，金属的回收率和纯度基本均可达90%以上。目前已形成较为完善的废旧锂电池金属材料回收技术体系，并在实际加工范畴得到广泛使用，如邦普循环科技有限公司、格林美股份有限公司等典型回收企业都构建了完整的废旧三元系电池和钴酸锂离子电池中金属材料回收与再生业务，并呈持续扩张趋势。锂电池技术的发展和回收市场的迅速变化对废旧电池的回收提出了新的挑战和要求，今后回收技术需关注以下几个方面。

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