废旧锂离子电池综合回收技术路线浅谈

一、国内使用锂离子电池现状

1、国内使用最多的工业电池为铅蓄电池、锂离子电池，其中铅占蓄电池总成本50%以上，主要采用火法、湿法冶金工艺以及固相电解还原技术。外壳为塑料，可以再生，基本实现无二次污染。

2、小型二次电池目前国内的使用总量只有几亿只，且大多数体积较小，废电池利用价值较低，加上使用分散，绝大部分作生活垃圾处理，其回收存在着成本和管理方面的问题，再生利用也存在一定的技术问题。

3、废电池作为生活垃圾进行焚烧处理时，废电池中的Hg、Cd、Pb、Zn等重金属一部分在高温下排人大气，一部分成为灰渣，产生二次污染。

二、国际废旧电池处理方式：国际上通行的废旧电池处理方式大致有三种：固化深埋、存放于废矿井、回收利用。

1.固化深埋、存放于废矿井。废电池一般都运往专门的有毒、有害垃圾填埋场，但这种做法不仅花费太大而且还造成浪费，因为其中尚有不少可作原料的有用物质。

2.回收利用。

1)热处理：瑞士有两家专门加工利用旧电池的工厂，巴特列克公司采取的方法是将旧电池磨碎后送往炉内加热，这时可提取挥发出的汞，温度更高时锌也蒸发，它同样是贵重金属；铁和锰熔合后成为炼钢所需的锰铁合金；该工厂一年可加工2000吨废电池，可获得780吨锰铁合金，400吨锌合金及3吨汞；另一家工厂则是直接从电池中提取铁元素，并将氧化锰、氧化锌、氧化铜和氧化镍等金属混合物作为金属废料直接出售；不过热处理的方法花费较高，瑞士还规定向每位电池购买者收取少量废电池加工专用费。

2)“湿处理”：马格德堡近郊区正在兴建一个“湿处理”装置，在这里除铅蓄电池外，各类电池均溶解于硫酸，然后借助离子树脂从溶液中提取各种金属，用这种方式获得的原料比热处理方法纯净，因此在市场上售价更高，而且电池中包含的各种物质有95%都能提取出来；湿处理可省去分拣环节(因为分拣是手工操作，会增加成本)；马格德堡这套装置年加工能力可达7500吨，其成本虽然比填埋方法略高，但贵重原料不致丢弃，也不会污染环境。

3)真空热处理法：德国阿尔特公司研制的真空热处理法还要便宜，不过这首先需要在废电池中分拣出镍镉电池，废电池在真空中加热，其中汞迅速蒸发，即可将其回收，然后将剩余原料磨碎，用磁体提取金属铁，再从余下粉末中提取镍和锰。这种加工一吨废电池的成本不到1500马克(按汇率为4.7148来算的话，约合7072元人民币)

三、废旧电池的回收

1、美国是在废电池环境管理方面立法最多最细的一个国家，不仅建立了完善的废电池回收体系，而且建立了多家废电池处理厂，同时坚持不懈地向公众进行宣传教育，让公众自觉地支持和配合废电池的回收工作。

2、对废旧电池的回收利用应该有严格的程序：

1）放置专用的废旧电池回收桶；

2）定期专人上门收集；

3）电池分类；

4）库房分类并安全储存；

5）集中到一定数量后运至专门的处理厂；

6）处理利用稀有重金属。

 

3、锂电池全生命周期评价路线图

4、综合回收基本示意流程图

 

 

 

四、单体锂离子电池组分

五、回收技术路线（三元为例）分析

 

1、最具有代表性的格林美新材料公司的电池材料循环再造工艺（湿法回收 A）和邦普循环科技公司的定向循环工艺（湿法回收 B）。

2、湿法回收工艺介绍

1）湿法回收 A 工艺经过预处理、酸溶浸出、萃取提纯、三元前驱体合成、三元电池材料合成等过程回收得到电池正极材料；

2）湿法回收 B工艺经过拆解、干燥热解、粉碎及机械分选、酸浸、除铜、除铁铝、粗萃、精萃、加碱陈化得到三元前驱体。

3）可以看出两种工艺的最大区别是回收再生的产品不同，后者只对废三元锂电池中的镍、钴、锰元素进行了回收，而前者还对锂元素进行了回收并重新用于正极材料生产。

 

                      湿法回收技术A路线

 

                      湿法回收技术B路线

 

3、火法回收工艺介绍：火法回收只需对废旧动力电池系统进行简单的拆解和放电，不需要对电池单体继续拆解而直接进行高温冶炼；同时投入造渣剂、还原剂等，通过控制反应条件进行还原熔炼，得到钴、镍、铜等金属合金，而铝、锂等金属元素进入炉渣中。

 

 

火法回收技术路线

4、火法-湿法联合回收技术路线（三元为例）分析：火法-湿法联合回收技术最有代表性的是Umicore公司所采用的Val39;Eas工艺。

1）废锂电池系统经过简单的预处理拆解和放电后进行高温熔炼、浸出及氧化、高温烧结等过程重新制得电池正极材料。

 

火法-湿法混合回收路线

 

2）不同电池类型对应的回收技术路线：三元电池火法-湿法联合回收技术的两个情景环境效益最高，特别是与磷酸铁锂电池全组分“物理法”回收技术相组合时。三元锂电池的两种湿法回收技术与磷酸铁锂全组分“物理法”回收技术组合时环境效益也较高。三元锂电池火法回收技术的组合情景中，环境效益为负值。