前言

  鋰離子電池自商業(yè)化應用以來，憑借其高能量密度、小巧輕便、廣泛的應用溫度范圍、長久的循環(huán)壽命以及卓越的安全性能，迅速成為民用及軍用領域的首選電源，廣泛應用于攝像機、移動電話、筆記本電腦及便攜式測量儀器等設備中，并有望成為未來電動汽車的核心動力源。據(jù)統(tǒng)計，2012年中國鋰離子電池的總產(chǎn)量已達到驚人的35.5億只。

  然而，鋰離子電池在經(jīng)過500至1000次的充放電循環(huán)后，其活性物質(zhì)會逐漸失效，導致電池容量大幅下降而報廢。隨著鋰離子電池的廣泛使用，大量的廢舊電池隨之產(chǎn)生。若隨意丟棄，不僅會對環(huán)境造成嚴重的污染，還會浪費寶貴的資源。廢舊鋰離子電池中含有大量的金屬資源，如鈷（Co）、銅（Cu）、鋰（Li）、鋁（Al）、鐵（Fe）等，其中鈷、銅和鋰的含量尤為豐富，分別可達20%、7%和3%。因此，回收利用廢舊鋰離子電池中的高價值金屬，對于環(huán)境保護和資源循環(huán)利用具有重要意義。

廢舊鋰離子電池正極材料回收工藝

  鋰離子電池主要由電池蓋、電池殼、正極、負極、電解質(zhì)和隔膜等組成。目前，鋰離子電池的正極材料主要包括LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4和三元材料等，負極材料則包括石墨、錫基材料、硅基材料以及鈦酸鋰等。電解質(zhì)溶液中的導電鹽多為LiPF6、LiBF4等鋰鹽，溶劑則常用碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）等。

  作為第一代商品化的鋰電池正極材料，LiCoO2以其成熟的技術和穩(wěn)定的性能，在通訊電池等領域仍占據(jù)重要地位。當前，廢舊鋰離子電池的回收利用研究主要聚焦于正極活性物質(zhì)的回收方法。根據(jù)所采用的關鍵技術，廢舊鋰離子電池的資源化處理過程可分為物理法、化學法和生物法。

1. 物理法

  物理法包括火法、機械破碎浮選法、機械研磨法及有機溶劑溶解法等。這些方法往往需要后續(xù)化學處理才能得到所需的目標產(chǎn)物。

  火法：通過高溫焚燒去除有機粘結劑，使金屬及其化合物氧化、還原并分解，再通過冷凝等方法收集金屬蒸汽。然而，火法工藝能耗大，易產(chǎn)生大氣污染，且合金純度較低，后續(xù)處理復雜。

  機械破碎浮選法：通過破碎、篩選得到電極材料粉末，再經(jīng)熱處理去除有機粘結劑，最后通過浮選分離回收鈷酸鋰顆粒。此方法對鋰、鈷的回收率較高，但流程長、成本高。

  機械研磨法：利用機械研磨使電極材料與研磨料反應，將鈷酸鋰轉化為其他鹽類。此方法能有效回收鈷酸鋰，且實現(xiàn)了廢物利用，值得推廣。

2. 化學法

  化學法通過氫氧化鈉、硫酸、雙氧水等化學試劑將電池正極中的金屬離子浸出，再通過沉淀、萃取、鹽析等方法分離提純鈷、鋰等金屬元素。

  沉淀法：對浸取得到的含鈷和鋰離子的溶液進行凈化除雜，最終將鈷以草酸鈷、鋰以碳酸鋰的形式沉淀下來。

  萃取法：使用萃取劑對鈷和鋰進行分離回收，回收率高，產(chǎn)品純度高。但流程長，化學試劑使用量大，對環(huán)境有負面影響。

  鹽析法：通過在溶液中加入其他鹽類，使溶液過飽和并析出溶質(zhì)成分，從而實現(xiàn)有價金屬的回收。

  電化學法：將廢舊鋰離子電池正極材料用酸溶解后，選擇性地除去雜質(zhì)，再通過電流使鈷、銅、錳等金屬在陰極析出。此方法無污染，但需消耗大量電能。

  水熱法：在高溫下，將正極材料、鋁箔、隔膜在高濃度LiOH溶液中反應，得到再生的LiCoO2。此方法無需剝離集流體，簡化了工藝流程。

3. 生物法

  生物法利用微生物將體系中的有用組分轉化為可溶化合物并選擇性溶解出來，實現(xiàn)目標組分與雜質(zhì)組分的分離，最終回收有用金屬。然而，生物法對浸出環(huán)境的適應能力較弱，生產(chǎn)周期長，溫度要求苛刻，限制了其推廣。

總結

  目前，工業(yè)上應用的廢舊鋰離子電池處理工藝普遍存在經(jīng)濟效益不高、無法實現(xiàn)完全無害化處理的問題。在中國，僅有不到1%的廢棄電池得到回收，而鋰電池的回收率更是微乎其微。因此，有必要探索一種既經(jīng)濟、快速又環(huán)保的廢舊電池處理方法。

  傳統(tǒng)的濕法和干法技術雖然成熟，但工藝流程長、設備要求高、成本高，且浸出液凈化需要大量電能，有機試劑的使用也會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。相比之下，生物法具有耗酸低、成本低、重金屬溶出率高、常溫常壓下操作等優(yōu)點，應用前景廣闊。然而，生物法在回收鋰電池金屬方面仍存在許多挑戰(zhàn)，如菌種的選擇與培養(yǎng)、浸出條件的控制等。

  針對我國鋰離子電池回收存在的問題，建議加強政策引導，提高民眾環(huán)保意識，建立系統(tǒng)化的管理模式與處理系統(tǒng)。同時，企業(yè)應探索廢舊鋰離子電池的收集體系，與電池生產(chǎn)企業(yè)建立互信機制，簡化工藝流程。此外，還應加強廢舊鋰離子電池預處理階段的破碎分解研究，提高破碎效率，降低成本。對于二次資源的循環(huán)利用，應滿足綜合性、經(jīng)濟性和生態(tài)性的基本要求，推廣新型萃取劑及高效萃取設備的應用。