「武汉电子产品回收」 锂离子电池的回收与再利用

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「武汉电子产品回收」 锂离子电池的回收与再利用

「武汉电子产品回收」 锂离子电池的回收与再利用
锂离子电池的回收与再利用
董生德1,2,3周园1,2
1。中国科学院青海盐湖研究所/中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室,西宁81008;2。青海省盐湖资源化学重点实验室,西宁81008;3。中国科学院研究生院大学,北京
摘要:锂离子电池的广泛应用带来了大量废旧的锂离子电池,这已成为全世界面临的一个重大难题。鉴于废旧锂离子电池对环境的影响以及含有可重复使用的有价值元素,许多国家已经在管理废旧锂离子电池方面做出了很多努力,并且开发了许多技术来回收废旧锂离子电池以消除对环境的影响。本文简要介绍了锂离子电池的回收状态,并对其正极材料的回收方法做了详细的阐述,包括沉淀法、溶剂萃取法、浸出—再合成方法、盐析法,旨在为废旧锂离子电池回收利用的管理、科学研究和工业实施提供有价值的参考,以利于回收所有有价值的组分、减少环境污染,实现经济效益和环境效益的双赢。
关键词:废旧锂离子电池;回收;沉淀法;溶剂萃取法;浸出—再合成法;盐析法
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1废旧锂离子电池的回收状态
锂离子电池主要有正极、负极、有机电解质以及隔膜组成,不同的活性材料被当作正极,其中包括
图1废旧锂离子电池回收过程基本流程图
2废旧锂离子电池正极材料的回收方法
废旧锂离子电池正极材料中包含镍、钴、锰、锂、银、铂等金属元素,具有非常高的回收价值,因此正
极材料的回收是废旧锂离子电池回收的核心部分[11]。
锂离子电池的正极活性物质与铂箔通过粘结剂结合在一起,因此铂箔与活性物质的分离与活性物质中各个元素的分离是整个回收过程的难点电子产品回「武汉电子产品回收」收设备。废旧锂离子电池正极材料的回收方法主要有沉淀法、溶剂萃取法、浸出—再合成方法、盐析法等方法[12]。
2.1沉淀法
基于金属离子的价差,沉淀法因具有安全、经济、回收率高的特点被广泛地应用于回收高附加值的锂钴合金中。以4/的盐酸溶液作为浸出剂,向水溶液中加入1/可以选择性地沉淀出2,剩余溶液中的可以通过加入23,以23的形式沉淀出来,和的回收率分别为96.97%和96.94%[13]。等人[14]的研究表明:含量为96.3%的和87.5%的能溶解在2/的24和2%的2
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2中,其中94.7%的和71.0%
24223收。
2.2溶剂萃取法
锂离子电池回收的主要目标之一是获得纯金属或金属化合物,然而,渗滤液中各种金属离子的共存将不可避免地抑制纯金属或金属化合物的再循环。
此外,不同金属沉淀的值范围的重叠使得单步沉淀无法有效地获得纯金属。因此,浸出溶液必须经历许多分离和萃取步骤,例如溶剂萃取。溶剂萃取是一种液—液萃取方法,它是利用两种不混溶液体中化合物的不同溶解度将它们彼此分开。虽然面临着分离具有类似官能团的化合物的困难,但仍然广泛地应用于从矿物中提取钨、钼、金元素以及有机化合物的生产。值的影响对于溶剂萃取是一个很重要的因素,例如,在值为2.2~3.0时,2对于和是良好的萃取剂,但对于来说,它的萃取效果相对较差,当增高时,2对的萃取效率也相应地增高[15]。
2.3浸出—再合成方法传统的分离和提取技术,例如溶剂萃取、沉淀和
的能以·2的形式和的形式回
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2、24、1/31/31/32等。由于良好的循环性能、高的能量密度和高的运转电压等优异的电化学性能,2电池占据了锂离子电池市场的主要份额[8]。由于与锂离子电池的其他成分相比,钴是一种相对昂贵的二手电子产品回收金属,因此回收锂离子电池的主要目标集中在从废弃的2电池中回收钴和锂。许多研究报道了关于2电池中钴和锂的回收,它主要可以分为两个回收路线:火法冶金和湿法冶金工艺[9]。火法冶炼过程主要集「武汉电子产品回收」中在燃烧有机电解质、碳和粘合剂,并使有价值的金属更易于浸出,但是,这种类型的过程可能存在诸如排放有害气体和高能量消耗等缺点。在湿法冶金过程中,首先将正极活性材料溶解在浓酸中,然后在一系列预处理过程之后通过选择性沉淀、溶剂萃取、电化学过程等回收浸出溶液中的金属。与火法冶金工艺相比,湿法冶金工艺被认为更适合从废弃锂离子电池中回收金属,因为它们具有能耗低、无废气排放和高纯度金属完全回收等优点[10]。图1对锂离子电池回收的基本流程进行了总结。在处理废旧锂离子电池之前,应首先将废弃的锂离子电池浸泡在饱和的盐溶液如和24中放电以减少金属的存在并将爆炸风险降至最低。
离子交换通常在经济上不适合用于工业生产,因为它们的显著缺点,例如:复杂的回收路线,高化学试剂消耗和高废物排放。因此,废弃锂离子电池回收利用的短期高效路线需要进行深入的研究。为了缩短回收路线,避免金属离子的单一分离,减少二次污染,提高有价金属回收利用率,最近相关研究人员研究出了从渗滤液到再生材料实现一步法制备的材料合成方法,如浸出—再合成方法[16],该方法属于材料的直接再生法,主要通过溶胶凝胶法和共沉淀法直接合成材料。在最近的研究中,等人[16]使用渗滤液作为原液,在室温和2气氛下使用共沉淀法直接再
生了1/31/31/32材料,50次循环后,再生材料的循环保持率是首次循环的80%120-1。鉴于抗坏血酸的浸出经验,等人[16]调节了浸出液中的金属离子比和值并通过溶胶凝胶法直接获得了
1/31/31/32材料。可以看出,再生正极材料在倍率和循环寿命方面与商用化电池正极材料具有相似的特性,其中,抗坏血酸浸出体系对再生正极材料的电化学性能远优于其他体系。除此之外,现有数据表明,来自不同渗滤液的正极材料存在电化学性质上的微小差异。除了正极材料外,从废弃锂离子电池正极材料合成其他新型材料也是一种很好的选择,这一思路也已被许多研究人员所重视。等人[17]用一种简单的技术,包括预处理、硫酸浸出、过滤、溶胶—凝胶和煅烧方法「武汉电子产品回收」,获得钴银氧化物前驱体-24或-24,该产品在磁性系数和导热系数方面具有优异的特性。
2.4盐析法
盐析方法可以通过在原始溶液中加入其他盐并沉淀出一些元素来过饱和溶液,以回收有价值的金属。在2正极浸出液中加入饱和硫酸铵溶液和无水乙醇,浸出沥出液中的2+。当渗滤液、饱和硫酸铵溶液和无水乙醇的体积比为2:1:3时,2+的盐析效率可达92%以上[17]。同时,由于使用盐析试剂,所需的后续纯化设备是必需的,因为所得产物不纯。
3结论与展望
锂离子电池的回收不仅有利于资源的重复利用,更有利于生态环境的保护。目前,废旧锂离子电池的回收主要集中在对正极材料中一些贵贵金属的回收利用上,而对电池其他组成部分的回收研究相对较少,尤其对于电解液和无机电解质的回收利用的研究相对较少,同时,对废旧磷酸银锂材料的回收也研究较少,而这些课题都是在未来的电池回收中需要解决的。
锂离子电池的广泛应用导致废弃锂离子电池的数量增加,为了解决这个问题,许多国家近年来在锂离子电池管理上做了大量工作,一些成功的经验可能对全世界锂离子电池的管理有重要的参考价值。经过多年的发展,中国在废弃锂离子电池管理方面取得了很大进展,但由于缺乏完整的回收系统、成熟的回收利用技术和对中国锂离子电池消费者和生产商的详细指导,中国仍然落后于发达国家,相比日韩和欧美这些国家,我国的锂离子电池产业在产品研发和回收利用方面相对薄弱。回收利用和产品生产是一个统一的整体,有产品就必定有回收,因此,为了实现锂离子电池的有效回收利用,我国应该主要从以下几个方面入手:1实验室规模技术是否具有工业应用前景,以及如何逐步扩展实验室规模是最重要的;2浸出过程的机制仍然不确定,还有很多工作要做,以指导浸出剂和操作条件的选择。例如,浸出过程中晶体结构的变化需要深入研究,这将有助于揭示浸出过程中的反应机制;3尚未实现从废弃锂离子电池中选择性浸出最有价值的金属的方法,今后应加强相关的研究;4大多数处理废弃锂离子电池的研究只关注动力学和操作参数对浸出性能的影响,而建立完整的评估体系需要付出更多的努力,其中整个过程中的能耗是需要考虑的一个关键因素;5此外,还需要集中精力提高收集效率并减少对地球上的土壤、水和活体「武汉电子产品回收」有害的废弃锂离子电池的填埋;6不限制废弃锂离子电池的回收过回收废旧电子产品的价格程,综合从设计、制造和回收锂离子电池的整个过程来解决问题。
最后但也最重要的是,推进锂离子电池制造、分类、收集和回收利用的全球化,这将大大降低回收产品的复杂性,从而可以最大限度地减少回收过程的能源消耗。所有这些方面对经济、环保地实现废弃锂离子电池的回收具有持久的影响。

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