湿法冶金回收废旧锂电池正极材料的研究

姜乐

科立鑫（阳江）新能源有限公司 广东省阳江市529600

摘要:近年来，规格不同的电动汽车走入到人们的视野当中，电子产品也加快发展的速度，锂电池市场需求得到明显提高。众所周知，废旧锂电池对自然环境、社会所带来的影响是非常严重的，通过对废旧锂电池展开科学处理，就已经成为国内外研究当中的重点内容。现如今废旧锂电池处理技术经过多年的发展，已经非常完善、成熟，多种工艺设备的融合使用和正极材料的直接再生，成为锂电池处理发展方向。因此，本篇文章主要对湿法冶金回收废旧锂电池正极材料进行分析，以作参考。

关键词:湿法冶金；回收；废旧锂电池；正极材料；

可以重复再使用、额定电压高、不含有毒、有害金属等是锂电池最大的特点，所以在电动车、笔记本电脑、手机等多个领域当中都可以见到锂电池的“身影”，由此可以看出，锂离子电池有非常广阔的发展前景。现如今我们国家已经成为世界上最大锂电池生产的基地， 但是如果并没有对废旧锂离子电池进行科学处理的话，电池当中所包含的有机含氟、电解质和金属必然会影响自然环境，污染土地资源、水资源等，所以对废旧锂电池展开回收再利用，有很高的环境保护价值。基于此，本文下面主要对湿法冶金回收废旧锂电池正极材料展开探讨。

1、锂电池原材料

什么是锂电池的原材料？主要指的是正极材料、负极材料、电解液、包装材料等。专业工作人员对正级材料非常重视，特别是性能进行认真思考。在锂离子电池当中，正极材料发挥不可替代的作用，主要可以限制电极，为发电提供足够的锂，所以正极材料需要保证有较高的比容量，从而为锂离子电池发挥出发挥出作用奠定基础。正极材料的性能与电池的中和性能之间有紧密的联系，作为锂电池当中非常重要的材料之一，在离子市场当中占据较高的比例，所以也决定电池的安全性。据了解，锂离子电池当中的正极材料在电池当中所占的比例高达35%左右，所以其成本的高低与电池成本的高低之间密切相连。

2、锂离子电池对正极材料的性能要求

通过对锂离子电池产业发展初期的情况进行分析，发现主要是为移动电子产品更好发展提供助力，例如：笔记本电脑、平板电脑等。伴随时间的不断推移，新能源产业加快发展的速度，电动车行业受到人们的关注与重视，所以这些行业对锂离子电池非常重视，也促进锂电产业快速发展。锂离子电池需要满足不同技术性能指标，才能够被更多的产业所关注和认可，最终获得良性发展。技术指标注意包括：成本、安全性、可靠性、耐用性、生产制造效率等多项内容，各个指标之间有密切联系。应用领域的不同。对锂离子电池指标的考虑顺序也会不相同。

笔记本电脑、平板电脑当中的锂电池体积比能量是最为重要的指标，更多的人们希望在笔记本电脑或者是平板电脑当中加入更多的电池能量。目前石墨、钴酸锂体系的锂电池产业化经过多年的发展，已经愈发完善、成熟。体积比能量高，是其他材料体系的锂离子电池没有办法替代。现如今电动汽车产业发展速度非常强劲，动力锂离子电池未来将与便携式产品电池成为锂电产业当中的主要“角色”。

3、废旧锂电池正极材料回收工艺

工作人员主要采用机械拆解的方法，针对废旧锂离子电池进行拆解，采用梯次利用方法对其展开二次利用。当电池已经真正达到生命周期后，经过物理拆解或者是化学锻造处理方法，将废旧电池当中的正极材料分离出来，再使用火法冶金、湿法冶金等多种科学方法，针对废旧电池正极材料进行回收，最终将其投入到再次使用过程当中去，从而节约更多宝贵的能源与资源。

3.1梯次利用方法

废旧锂离子电池回收再生之前，需要按照其具体的使用时间、剩余生命周期等多项内容展开二次利用，从而节约更多投入的成本，并且延长电池具体的使用时间。据了解，在电动汽车电池组当中，梯次利用方法得到广泛应用。众所周知，电池经过长时间的使用，其能量密度和功率密度必然会呈现出下降趋势，没有办法满足电动汽车行驶过程当中所提出来的动力要求。但是可以通过物理拆解的方法将电池包进行拆解，将其变为体量较小的电池块，再将其加入到其他的使用场景当中去，例如：将其加入到儿童玩具车或者是遥控器当中去，依旧可以使用。梯次利用已方法如今已经向商业化的发展方向所发展和前进。但不可否认的是，梯次利用方法自身也有一定的缺点，例如：此方法综合回收效益与电池组的健康状态之间有密切的联系。现如今市面上电动汽车电池型号越来越多，型号不同的电池组，在物理结构和机械组装方案方面有较大的不同，在自动化拆解技术开发的过程当中遇到较多困难。图1是不同回收方法的工艺流程图。

                

图1       不同回收方法的工艺流程图

3.2火法冶金法

据了解，火法冶金法在工业行业发展过程当中得到广泛应用，在回收锂离子电池方面也受到重视，有着更为广阔的发展空间。将此项方法法与其他回收方法进行比较，二者之间有较大不同，前者无需进行机械拆解和物理分选，而是采用直接的方式，利用高温热处理方式将废旧锂离子电池在高温炉当中进行处理，这样电池在机械破碎的过程当中便不会发生较为严重的安全隐患问题。焙烧处理之后，原料与造渣剂进行融合，采用沉淀、浮选等方法进行还原，还原得到钴、铜、铁等金属的合金，再进入到深度加工过程当中去。

火法冶金主要针对磷酸铁锂动力电池展开处理，将其加入到三元电池处理过程当中，也能够呈现出更好的效果。此项技术在应用期间，无需电池拆解的步骤，而且具体操作非常便捷，已然发展成为一种商业回收锂离子动力电池的重要方法。但是火法冶金在高温热处理的过程当中会有废气、废尘的出现，而且废气、废尘数量较大，污染自然环境与空气。为了能够控制有毒气体的排出，还需要设置三废处理系统，所以需要投入更多的成本。在使用火法已经方法进行废锂电池回收的过程当中，更多的锂和铝会发生转变，变成炉渣，回收成本较高，而且金属元素也没有办法得到有效应用。

3.3湿法冶金法

什么叫湿法冶金回收方法？主要指的是将废旧锂离子电池进行拆解，通过浸出的化学反应，将有价值金属离子转入液相，再借助溶剂萃取、化学沉淀等多种方法，对金属离子溶液进行分离富集，再采用金属或者是其他化合物的形式进行回收，最终生成不同的化合物。回收率高、工艺灵活是湿法冶金法已经最大的特点，所以得到重视以及广泛的应用。

4、机械处理与正极材料浸出

众所周知，锂离子电池非常容易爆炸，而且燃烧速度很快，所以在进行回收之前，需要展开失活处理。废旧锂离子电池经过多个步骤，即：拆解、分选等多项操作，应用还原煅烧或者是焙烧的方法，将粘结剂等成分全部去除，再经过除干工艺，获得镍、锰等有较高价值的金属失活正极材料。材料的浸出效果与金属离子总收率之间有密切的联系，相关研究人员对多方面的内容进行思考，即：浸出的条件、浸出液的实际成分等，又结合化学成分的不同，对浸出液展开研究，发现浸出液分为几种类型，例如：无机酸、有机酸以及氨碱试剂等等。无菌酸性浸出液是使用最频繁、也是较为常见的金属液。在正常的情况之下，会需要添加还原剂，从而降低金属离子的价态。无机酸对Li的浸出效果很好。但是会有有毒气体的产生，溶剂大量的使用，还很有可能会导致二次污染的出现，所以需要展开综合物化处理。

5、锰酸锂正极材料的发展与趋势

据了解，在国内市场和研究当中，锰酸锂电池并没有获得更多关注，研究比例也并不是很大，将其与三元锂电池和磷酸铁锂电池相比较，占据的份额少之又少。锰酸锂电池主要应用锰酸铝作为最重要的正极材料电池。安全性高、成本低、低温性能好是锰酸锂电池最大的特点，正是因为具有以上的优势与特点，所以在电动自行车等领域当中得到重视，并发挥着不可替代的作用。但不可否认的是，锰酸锂电池也有一定的缺点，那就是循环性能偏差。锰酸锂电池能否在竞争激烈的市场当中站稳脚跟，获得更好的发展，通过对其发展的趋势进行分析，发现希望非常的渺茫。锰酸锂电池的研究在不断改性的基础上，有可能会突破自身的不足，在循环性的要求并不是很高的领域当中应该会占据一席之地，所以锰酸锂电池未来很有可能是一匹“黑马”，在锂离子电池市场当中驰骋。

6、三元锂电正极材料的发展与趋势

近几年来，三元锂电池加快发展的速度与脚步。之所以会出现这样的情况，主要就是国家对新能源汽车加强的重视，而且三元锂离子电池能量密度上面有非常多的优势与特点。循环性好、体积大是它最明显的特点，但是有一定的缺点，那就是在充放电的过程当中很有可能会放出氧分子，温度较高的情况之下，有可能会引发燃烧问题的出现。所以在三元锂电池使用的过程当中，需要应用更为科学的预警措施与控制方法，避免燃烧甚至是爆炸问题发生。现如今产业界对三元锂电池非常重视，通过在多个角度进行分析，发现三元锂电池在未来发展过程当中会向两个方向所发展和前进，其一:三元锂离子电池有效解决安全方面的问题，所以在市场当中的份额越来越大。其二:三元锂离子电池和磷酸铁锂电池会出现共同发展的情况，共同成为锂离子电池当中的半壁江山。

7、其他正极材料的发展与趋势

钛酸锂电池、钴酸锂电池都是锂离子电池当中非常重要的组成部分，但是其他类型的锂离子电池在市场上面的占有率并不是很大，它们在各自特殊领域当中得到应用。经过了解之后发现，相关人员对钠离子电池、钾离子电池等加大研究的力度，而且部分钠离子电池已经开始商业化的发展。钠离子电池、钾离子电池与锂离子电池相比较，前者无需投入更多的成本，而且还可以对自然环境起到保护的作用，所以凭借着诸多的优势与特点，有着较为强劲的竞争力。但也有一定的缺点，那就是在能量密度上面与锂离子电池相比还偏弱一些。

8、展望

8.1锂离子电池正极材料比较

在专业工作人员进行锂离子电池正极材料研究的过程当中，经常会将自己关注的重点放在其体积容量与重量容量方面，对其他的性能参数产生忽视的态度，例如：环保性。也就是说如果电池存在有毒、有害的元素，那么即使它的能量密度再高，在具体使用的过程当中，都需要加倍小心，很有可能会对人们的身体健康以及环境带来影响与伤害。在进行锂离子电池推广的过程当中，还需对环保性较高的锂离子正极材料加大关注的力度，例如：磷酸铁锂以及锰酸锂。特别是前者，有绿色电子产品的称号，可以更好去保护自然环境。

8.2锂离子电池正极材料发展趋势

在进行锂离子电池正极材料发展趋势分析的过程当中，需要工作人员站在多个角度、多个层次对多方面的内容进行仔细的思考，最为重要的一点就是进一步提高单体能量密度，而且还需要有较强的环保性，这是锂离子电池正极材料发展过程当中非常重要的内容，不可忽视。现如今无论是磷酸铁锂、三元锂离子还是锰酸锂等材料，在更多的文章当中，研究人员大多都将3方面作为重点，进入到研究过程当中去，其一:金属离子的加入。正是因为有了金属离子的加入，所以金属离子有的起到支撑结构的作用、有的起到提升能量的作用；其二:纳米化。纳米化主要是进一步提升离子的导电性，让较多的电荷能够在运行的过程当中可以更加自如，降低和减少阻碍的发生。其三:各种包覆。包括金属离子、各类稳定性较强的氧化物、包覆碳。包覆的作用是保证离子导电性更为平稳。总而言之，最终的目的都是为了进一步提高锂离子电池整体的性能。

8.3锂离子电池未来展望

锂离子电池正极材料未来的发展受到人们的关注与重视，5G时代背景之下，更多的新技术、新材料、新设备出现在人们的面前，万物互联的时代已经来临，更多的移动物体都有可能被连接到网络当中去。移动物体想要实现移动的目标，都很有可能会依赖锂离子电池，所以相信在不久的将来，锂离子电池必定能够得到广泛的使用，其能量密度也可以得到进一步的提高、安全性能更佳。相信在不久的将来，锂离子电池必然呈现出更好的发展态势。固态锂离子电池在主流里电池市场当中必定站稳脚跟，人们无需担心其安全性和环保性问题。

结束语:

总之，电动汽车市场加快发展的速度与脚步，作为其中最重要部件的锂电池，紧紧跟随时代发展的脚步向着更好的方向所前进。锂离子电池无论是回收还是在使用，其经济价值都非常明显，不仅如此，还有着较强的社会价值。在进行废旧锂电池正极材料回收的过程当中， 工作人员大多都会选择火法冶金法、梯次利用法、湿法冶金法等等。在实践的过程当中，火法与湿法冶金法进行充分结合，采用湿法工艺进行镍、钴等金属元素的分离提取，合理的回收再使用。污染小、能耗低是湿法冶金最大的特点。为了能够进一步提高此项方法的回收效率，需要专业工作人员对两方面加强重视。其一:针对溶剂的使用量、分层的速度等多项问题进行认真研究，之后进入到优化过程当中去，依托更加先进的萃取专业设备，大幅度提高分层的实际速度，让湿法冶金发挥出重要的作用，获得更多的经济效益。其二:想要使废旧锂离子电池回收获得更好结果，首先需要做的就是对废旧锂离子电池进行分类与科学处理，需要社会各界人们的共同努力，针对于国家所制定的垃圾分类政策进行研究，之后将其真正的落实到实处。

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