废弃锂离子电池中回收高价值金属元素

目前电动汽车上使用的动力电池主要分为两类：三元材料锂离子电池和磷酸铁锂锂离子电池，由于目前中国针对电动汽车的补贴标准是按照动力电池系统的能量密度制定的，能量密度越高补贴标准也就越高，这也就是使得越来越多的汽车厂家开始选择采用能量密度更高的三元材料锂离子电池。因此在可以预见的未来，采用三元材料动力电池的车型会越来越多。今天小编就带大家了解一下如何从废旧动力电池中回收高价值的金属元素，实现循环利用，减少环境污染。

三元材料一般分为两类：NCM和NCA，由于NCM在价格上更加具有优势，因此动力电池上使用的三元材料主要是NCM。采用NCM材料的锂离子电池若不进行回收，直接丢弃，则会对环境产生严重的污染，其中Ni和Co元素，电解液中的有机化合物和负极的碳材料会污染水体和土壤，Ni和Co元素还对人体有神经毒性。Ni和Co元素是价值较高的有色金属，其中Ni元素的价格最高时可达40万元/吨，钴价也水涨船高达到37万元/吨，可以说废旧锂离子电池回收不仅仅绿色环保，还有丰厚的回报。

较为传统的回收办法是采用酸浸工艺，首先需要对废旧锂离子电池进行拆解获取正极粉末，然后利用强酸浸出有价金属，然后利用氧化剂如H2O2，还原剂Na2SO3进行处理，然后对溶液进行纯化后，利用容液萃取的工艺获取纯的Ni、Co和Mn的溶液。虽然该方法工艺简单，但是效率却非常低，并且会产生大量的废水，对环境造成污染，并会造成Li回收率低等问题。小编曾经有幸参与过红土镍矿项目，传统的湿法冶金方法处理的天然Ni矿的Ni含量大多数不到1%，而三元材料中Ni含量要远远高于这一数值，因此需要对传统的湿法冶金方法进行改造，从而提高浸出效率。

传统的冶金名校，如北京科技大学、东北大学、中南大学等高校在废弃锂离子电池有价金属回收方面具有天然优势，可以将在有色金属冶炼方面经验应用在电池回收领域。近日，北京科技大学的JuntaoHu等人就在JournalofPowerSource上发表文章报道了一种高效从废弃锂离子电池中回收高价值金属的方法。JuntaoHu的方法是首先利用还原焙烧的方法对NCM材料进行处理，使NCM转换成为简单化合物或者金属Ni、Co和Mn等，然后利用Li是碱金属，其氧化物能够与水反应生成可溶性的LiOH，而Ni、Co和Mn的氧化物与水不反应的特点，首先分离出Li元素，最后再利用强酸浸出的工艺对Ni、Co和Mn元素进行浸出，然后再在溶液状态下对其进行分离。该方法首先分离Li元素，从而显著提高了Li元素的回收率。

出于保护知识产权的目的，本文不对关键性参数进行报道，敬请谅解，有需要的朋友可以在微信公众号内留言或者回复获取原文作者联系方式。实验中，JuntaoHu首先从废弃的三元锂离子电池中获取了NCM粉末，然后利用球磨方式将NCM与碳类还原剂进行混合，然后在氩气气氛下进行焙烧，在焙烧结束后迅速将粉末取出，JuntaoHu主要考察了焙烧温度(500-900℃)，碳还原剂数量和焙烧时间因素对焙烧效果的影响。NCM粉末的主要金属元素含量如下表所示

为了提高Li元素的回收效率，JuntaoHu采用了CO2溶液浸出方式，对还原焙烧后的粉末进行处理，随后对其进行过滤，实现固液分离，获取含有Li元素的溶液，剩余的固体粉末再次使用强酸(H2SO4溶液)进行浸出处理，最后进行过滤获得含有Ni和Co、Mn元素的溶液。研究发现，焙烧温度对金属元素的回收率有着重要的影响，适当提高温度可以显著的提高回收效率，金属元素的最高回收率可达Li，89.4%，Ni和Co超过95%。对于碳还原剂的数量研究显示，提高碳还原剂的数量能够提高Li元素的回收率。对焙烧事件的研究显示，0.5h焙烧就足以使NCM粉末充分反映。

分离的含有Ni、Co和Mn元素的溶液通过调整PH到3.5，去除溶液中的Fe元素，然后利用氟化盐沉淀法出去Ca和Mg元素，随后利用D2EHPA分离Mn元素，利用PC88A在不同的PH下对Ni、Co进行分离。然后对溶液进行蒸干，就可以获得Ni、Co和Mn的硫酸盐。

JuntaoHu的工作为锂离子电池回收提供了非常高效方法，对解决数以亿计的锂离子电池回收难题提供了非常有益的借鉴，也是传统冶金行业为新能源产业的发展作出的重要贡献，向全体冶金人致敬。