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动力锂电池回收利用现状与展望_昝文宇

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文档介绍
第48卷第5期稀有金属与硬质合金Vol48 No.52020年10月Rare Metals and Cemented Carbides0ct.2020动力锂电池回收利用现状与展望昝文宇,马北越,刘国强(东北大学怡金学院多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室,辽宁沈阳110819)摘要:随着新能源汽车及各种电子产品的发展,其核心元件动力锂电池的回收利用间题受到了越来越多的重视。根据当前所采用的处理方式,将动力锂电池的回收工艺分为干法回收与湿法回收,并对其所用其体方法进行了总结。对废旧锂电池的回收价值,当前回收策略及主要回收技术进行了综述,同时,针对市场回收体系对未来锂电池回收利用时要考虑的问题作了进一步分析,对目前回收利用过程中所面临的潜在性间题进行分析与概括,最后给出了关于完善未来锂电池工业与市场回收体系的可行性建议,以期望该回收行业有更好的发展,关键词:废旧动力锂电池:回收现状:梯次利用:拆解回收:有价金属中图分类号:X705文献标识码:A文章编号:100-0536(2020)05-0005-05Current Situation and Prospect of Recovery and Utilization of Power Lithium Batteries(Key Laboratory for Ecological Metallurgy of Multimetallic Mineral (Ministry of Education),School of Metallurgy,Northeastern University,Shenyang 110819,China)Abstract:With the development of new energy vehicles and various electronic products,the recycling ofpower lithium batteries as the core component has been paid more and more attention.According to thecurrently adopted treatment technologies,the recovery processes of power lithium batteries are divided intodry recovery and wet recovery,and the specific used methods are summarized.The recyeling value,currentrecycling strategy and main recycling technologies of waste lithium batteries are reviewed.At the sametime,the problems to be considered in the future lithium battery recycling are further analyzed according tothe market recycling system,and the potential problems in the current recycling process are analyzed andsummarized.Finally,the feasibility suggestions on improving the future lithium battery industry and themarket recycling system are given to expect a better development of the recycling industry.Keywords:waste power lithium battery;recycling status;ladder utilization:dismantling and recycling;valua-ble metal锂电池作为当今新能源研发的一个热门材料,密度高、体积小、污染少、寿命较长等优点,产业发展在国内新能源领域占有很重要的地位。近年来,随十分迅速,应用非常广泛,比如智能手机、笔记本电着对环境的重视,许多国家在锂电池的应用与回收脑、数码相机、电动汽车以及航天领域等叮。若继续方面相继制定了很多积极的政策,使当今社会越来将锂电池产业升级化,就必然对锂电池生产与回收越重视锂电池的发展。锂离子电池自上世纪90年领域有更高的产业标准与要求。代由索尼公司首次推向商业化以来,因其具有储能自2013年国家大力推广新能源汽车以来,国内收稿日期:2020-03-23:修订日期:2020-08-11基金项目:国家自然科学基金(51574081)126.c0m稀有金属与硬质合金第48卷使用新能源汽车的趋势每年增加,导致锂电池生产源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》中提出需求量也在迅速增加,故锂电池规模化回收问题越重点建立回收利用体系,引导汽车生产、电池生产、加突出。首先,市场上的汽车锂电池的平均寿命为综合利用等企业密切分工合作,对废旧电池进行溯5~7年,2020年我国将进人首次动力电池规模化退源管理,对提出的一些有效方案进行试点示范。同役,据测算,废弃锂电池报废量预估计会有50万1,年发布了《关于组织开展新能源汽车动力蓄电池回到2023年,这一数字累计将超过116万)。而废收利用试点工作的通知》,强调继续落实生产者责任弃锂电池中,Co、Li和Ni质量分数分别为5.0%~延伸制度,加大物联网等信息化技术在动力电池回15.0%、2.0%7.0%、0.5%~2.0%,还有A1、Cu和收中的作用,继续推进回收技术创新研究。这一系Fe等金属元素;从主要成分价值占比来看,阳极材列政策有利于探索出一条高效严密的市场回收管理料和阴极材料约占33%和10%,电解液和隔膜分别体制,使动力电池回收行业更加规范化、标准化)。约占12%和30%左右)。据以上数据来看,将国内2回收价值分析废旧锂电池所含的有价金属进行回收再利用无疑是解决当前国内资源紧缺的有效途径,因此,对废旧锂从回收价值的角度分析,不同类型的动力电池电池进行回收处理变得格外必要。所含金属含量不同,相应的可回收金属的量及价值也不同。假设将废旧磷酸铁锂、锰酸锂电池统一处1动力锂电池的相关回收政策理,其中磷酸铁锂电池的主要回收元素为L,占正随着锂电池产业链的快速发展,国民生活对锂极材料的4.43%:而三元锂电池中可回收金属的类电池的依赖性逐渐增加,加之废旧电池对环境污染别多,回收金属材料的价值更高,主要回收的金属及严重,故国家早在2003年就开始关注废弃电池的回质量占比为1.2%Li、7%Mn、12%Ni和5%~20%收利用,国家环保总局发布的《废电池污染防治技术Co等,其中C0含量大大超过矿石中的平均含量),政策》中数励回收锂电池,相关部门也在积极推进生对这些有价金属进行科学有效地回收可产生巨大的产者责任延伸制度,推行包括锂电池在内的动力蓄经济、环境与资源效益。电池的回收体系建设,数励通过再生资源回收网络从回收率分析,根据《车用动力电池回收利用材和电池生产者建立回收体系,建议将锂电池交附近料回收要求》,废旧锂离子动力蓄电池材料中,Li回的再生资源回收部门或送产品生产者。2012年国收率不应低于85%,Ni、Co、Mn综合回收率不应低务院《关于印发节能与新能源汽车产业发展规划于98%,其他元素回收率也不低于90%,未来的回(2012一2020年)的通知》着重强调要加强新能源汽收工艺改进将进一步提高锂电池各元素的回收率,车电池等核心部件的研发力度,加强动力电池梯级特别是Li、Co、Ni、Mn、稀有金属。预计到2020年利用和回收管理。2016年工信部颁发了《新能源汽底锂元素的回收率将达到90%,其他保持不变;到车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》,明确定2025年,锂元素回收率预计提高到95%。义新能源汽车废旧蓄电池梯次利用和再生利用过从回收价格分析,以2018年市场平均价格作为程,细化和区分相关企业从事梯次利用和再生利用参考,金属Li91.3万元/1、金属C060.26万元/1、硫应满足的不同要求,并充分与现已发布的新能源汽酸镍2.79万元/t、金属Mn1.44万元/1、金属A11,车蓄电池回收利用管理政策相衔接,强化企业在溯43万元/t。根据前瞻产业研究院《动力电池PACK源管理及回收体系建设等方面的能力。2017年国行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》统计务院颁发了《生产责任延伸制度推行方案》,明确动数据分析,根据对动力电池进行循环寿命与电池质力企业要建立动力电池生命周期追溯系统,确保废量、容量使用期限,汽车使用工况等各方面综合分日锂电池规范有序安全处置。次月工信部、商务部析,未来将会大规模出现退役动力锂电池,回收金属和科技部发布了《关于加快推进再生资源产业发展所创造的市场规模预计2020年超过100亿元,2023的指导意见》,提出建立完善的废旧动力电池资源化年这一数据将达到250亿元1]。工信部、科技部及环保部等七部门联合发布的《新能第5期咎文宇,等:动力锂电池回收利用现状与展望废旧电池回收处理工艺主要分为三个处理过三个阶段:首先,对废旧锂电池进行放电处理、拆分程:预处理、二次处理与深度处理)。废旧电池回破碎等物理操作,筛选后得到主要电极材料;其次,收过程中仍有部分电量,所以要对其进行预处理,主预处理得到的电极材料进行溶解浸出,使其中的金要进行深度放电过程、破碎、物理分选)。二次处属及其化合物以离子形式进入到浸出溶剂中;最后,理的目的是为了使正负极活性材料与基底发生分对浸出溶液中的金属离子进行分离回收,这一步骤离,主要用热处理法、有机溶剂溶解法、碱液溶解法是湿法工艺回收处理废旧电池的关键,也是目前研以及电解法等来实现。深度处理是处理过程的关究的难点与热点。键,主要包括浸出和分离提纯两个过程,对有价值的3.2.1湿法工艺前期预处理金属材料进行提取。现如今锂电池回收工业中常用湿法回收工艺预处理主要分为预放电、破碎分的技术有干法回收和湿法回收等,其中湿法工艺是离、热处理、溶解处理。由于废旧电池中大都有少量目前回收废旧锂电池较为成熟的技术,也是目前研的电量,在处理之前要对其进行彻底放电,以防止后究较多的一种工艺续处理中少部分电量可能会放出大量的能量,造成3.1干法回收一定的安全隐患等其他不利因素。破碎处理是为了干法回收是指不通过溶液等介质,直接对有价让正负极材料与其他物质在机械力下进行多级破金属进行回收,主要使用方法有物理分选法与高温碎,筛分等操作以使得电极材料富集,以便于后续处热解法)。物理分选法是指对电池进行分离拆卸,理。废旧锂电池中存在难溶的有机物,难以与电极通过使用物理手段对拆分下来的电极活性物质、集材料和集流体进行分离,因此目前采用较多的是通流体和电池外壳等电池组分通过破碎、过筛、磁选分过高温热处理来达到工艺目的,处理量巨大的情况离、精细粉碎和分类一系列操作,从而将高价值金属下,存在环境污染、高耗能等问题,需要进一步改善材料与其他物质分离。虽然操作过程简单,但不能工艺,目前针对这一问题,相关的研究也有所增加。完全对锂电池进行组分分离,并在物理操作过程中,DOLOTKO等)在回收Co和Li元素中所开发的难以对电池中的金属材料进行有效回收。高温热解方法是将传统回收工作流程的拆解、初加工、化学操法是指将经过物理破碎等初步分离处理的锂电池材作转化工艺集成到单一机械化学步骤中,具体是以料进行高温焙烧分解,将有机粘合剂去除,从而分离Al、Li、Ca为还原剂,从纯LiCoO2和工业锂电池阴锂电池的组成材料。虽然此方法操作工艺简单,在极中机械力化学回收L和C0,不仅提高了回收效高温条件下反应迅速,效率比较高,能够除去残留的率,使工艺简单、节能化,也避免了有毒气体或腐蚀粘合剂,适应于处理大量或者结构较为复杂的电池,残留液的生成。溶解处理主要利用正极材料与粘合但是在处理过程中容易产生有害气体,产生二次污剂等杂质在有机溶剂中的溶解性差异使各组分实现染,因此还要对产生的有害物质进行防治,处理成本富集。3.2.2湿法工艺浸出与提取3.2湿法回收湿法工艺后两步即对金属离子进行浸出与提取废旧锂电池主要包括正负极材料、电解液、隔膜是两个核心操作,浸出分为一步浸出法与二步浸出和粘合剂等部分。由于各种金属离子是回收的主要法。一步浸出法通常是直接用无机酸对预处理得到目标,必然要通过化学操作使废旧锂电池材料中的的金属材料进行溶解,但浸出过程中往往产生C、金属离子浸出,电极材料不同,浸出离子的种类不S03等有害气体。随着研究不断深入,有机酸(草酸、柠檬酸等)逐渐运用到酸浸中。相对于无机酸,工艺是通过酸碱溶液对废旧锂电池中金属离子进行有机酸不会产生有害气体,且易分离回收[网。两步溶解,然后进一步使用沉淀、吸附等手段将溶液中的浸出法通常是先用碱液对金属材料进行溶解浸出以离子进行再提取,使其以氧化物、盐等形式分离。虽回收金属A1,再用酸浸出其他金属町。然过程较复杂精细,但回收产品纯度高,故湿法回收对浸出液中的金属离子进行提取是指将浸出液工艺是目前废旧锂电池回收工艺的首选:正逐渐成ub中的备种有价金属分离,分别进行回收,近年来提取为专业化处理的主流技术手段。湿法回收主要分为方法主要包括萃取法、离子交换法、沉淀法、电沉积
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