摘要

近年來，全世界都在積極出臺(tái)碳減排政策。因此，對(duì)能夠滿足排放要求的電動(dòng)汽車的需求不斷增加。新能源汽車數(shù)量攀升不僅增加了生產(chǎn)過程中的原材料消耗，需要處理的二手電動(dòng)汽車和報(bào)廢的鋰離子電池?cái)?shù)量也在增加。目前，回收工藝技術(shù)可能是處理報(bào)廢的鋰離子電池最優(yōu)解之一。廢物的回收和再利用將減少原材料生產(chǎn)和環(huán)境負(fù)擔(dān)。

作者通過文獻(xiàn)綜述將“電動(dòng)汽車鋰離子電池回收”分為五個(gè)部分：回收工藝、電池組分、環(huán)境影響、經(jīng)濟(jì)評(píng)估和回收與再生。本文主要概述了回收的過程，重點(diǎn)討論了電動(dòng)汽車鋰離子電池回收工藝技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀，并指出該領(lǐng)域的主要研究方向。

回收預(yù)處理

鋰離子電池預(yù)處理回收工序可以提高鋰離子電池中有價(jià)物質(zhì)的回收效率，降低后續(xù)過程的能耗。該過程主要用于從電池外殼、隔膜、集流體、電解液、添加劑和連接件中分離出正極材料。預(yù)處理方法各不相同，但通?？煞譃閷?shí)驗(yàn)/實(shí)驗(yàn)室規(guī)?；虼笮?工業(yè)規(guī)模方法。實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的方法在活性物質(zhì)分離和工藝效率方面表現(xiàn)優(yōu)異，主要集中于浸出和/或后續(xù)金屬回收。工業(yè)規(guī)模的方法在處理量方面更高，但金屬分離的精制程度較低。

工業(yè)規(guī)模的研究中，研究人員通常會(huì)將放電、拆卸和分離 (對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的方法) 的三個(gè)步驟擴(kuò)展為七個(gè)步驟：放電、拆卸、粉碎、分類、分離、溶解和熱處理。

回收過程

目前研究較多的工業(yè)回收技術(shù)，包括火法冶金工藝、濕法冶金回收方法、直接回收工藝等。

德國(guó) Accurec 公司開發(fā)了一種可以回收 LIBs 中幾乎所有組件的流程。工作人員將電池分解為電芯組件、電子部件、電纜和塑料后，會(huì)將剩余的電池送至250°C下進(jìn)行熱解。隨后，通過機(jī)械過程將鐵磁鋼、鋁外殼、鋁和銅箔與電極分離。并以通過真空熱解通以純金屬形式回收鋰，或通過鋰的選擇性氣體蒸發(fā)以氧化鋰形式回收鋰。

火法冶金工藝

火法冶金回收技術(shù)使用高溫爐來還原有價(jià)金屬，并通過物理和化學(xué)轉(zhuǎn)化對(duì)其進(jìn)行精煉?；厥?LIBs 的主要火法冶金工藝有焙燒、煅燒和熔煉。這些過程可以根據(jù)所需的氣氛和使用的萃取機(jī)制進(jìn)行分類。

最近正在漸漸地開始從碳熱還原焙燒到鹽輔助還原焙燒的轉(zhuǎn)變。鹽輔助焙燒可以通過降低蒸發(fā)結(jié)晶的過度能量需求來降低成本。此外，鹽輔助焙燒可能會(huì)提高整個(gè)回收過程的效率，通過生產(chǎn)水溶性鹽減少酸的消耗和有毒氣體的排放。

表1. 火法冶金工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

濕法冶金工藝

不同濕法冶金技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)，用于回收不同化學(xué)成分鋰離子電池的正極活性材料，包括鋰鈷氧化物 (LCO)、鋰錳氧化物 (LMO)、鋰鎳錳鈷氧化物 (NMC)、鋰鎳鈷鋁氧化物 (NCA) 和磷酸鐵鋰 (LFP)。整個(gè)濕法冶金過程是通過在液體介質(zhì)中進(jìn)行的物理和化學(xué)方法創(chuàng)建的，這允許這些金屬的高回收率 (如圖1所示)。

圖1. 回收電池正極材料的濕法冶金工藝。

直接回收工藝

不同于濕法冶金工藝會(huì)將所有活性材料都溶解掉，直接回收工藝可以把鋰離子電池所有材料都進(jìn)行回收，并應(yīng)用到新的電池中去。該工藝包括各種物理和化學(xué)步驟，用于電池分離的溫度和能量要求較低。目前該技術(shù)還沒有商業(yè)化。

Retriev 公司所獲得專利的容量恢復(fù)率可以達(dá)到95%，其中工藝包括破碎和篩分流程，然后在500°C下進(jìn)行熱處理，以進(jìn)行碳表面改性和聚偏二氟乙烯的消耗。

特殊回收工藝

將 LiCoO2/PVC/Fe 混合物共磨并進(jìn)一步水浸。該工藝的產(chǎn)物包括，PVC 脫掉的氯與鋰生成可回收的氯化鋰 (LiCl)，Co 與 Fe 反應(yīng)生成磁性鈷鐵氧化物 (CoFe4O6)。這項(xiàng)研究作為環(huán)境友好型研究，可以帶來一定的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

研究結(jié)論

目前，工業(yè)上使用最多的電池回收工藝是火法和濕法冶金。濕法冶金工藝只需要對(duì)放電電池進(jìn)行機(jī)械預(yù)處理，如篩分和分離。而直接回收工藝甚至可以完全回收 LFP 材料。

未來幾年的研究應(yīng)側(cè)重于直接回收工藝的全面應(yīng)用，以提高其金屬回收潛力，降低總工藝成本。作者認(rèn)為當(dāng)前的冶金工藝需要優(yōu)化，而且使用這些回收技術(shù)可以減少環(huán)境負(fù)擔(dān)。

原文出自 Energies 期刊

Pra?anová, A.; Knap, V.; Stroe, D.-I. Literature Review, Recycling of Lithium-Ion Batteries from Electric Vehicles, Part I: Recycling Technology. Energies 2022, 15, 1086.