退役动力电池中铝材料的回收利用

汤舜1，王军伟1，汪素娟1，杜宝帅2，米春旭2，徐丽3，楼平4，管敏渊4，曹元成1*

（1 华中科技大学，湖北 武汉 430074；2 国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003；3 北京智慧能源研究院，北京 102209；4 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司，浙江 湖州 313000）

摘要：随着新能源汽车的快速发展，退役动力电池的回收利用已经成为了一个备受关注的话题。退役动力电池中含有大量有价值的金属，如铝、钴、锂等，这些金属的回收和再利用不仅可以减少资源浪费，还能降低生产成本，减少环境污染。本文将重点讨论退役动力电池中铝材料的回收和利用情况，包括铝的来源（集流体、电池包五金件及外壳），回收技术，以及再利用途径。

关键词：退役动力电池，铝材料，回收技术

基金项目：国家电网有限公司总部管理科技项目资助（5419-202199554A-0-5-ZN）

第一作者：汤舜（1987-），男，武汉，博士，讲师，研究方向：储能材料与技术。

通讯作者：曹元成（1979-），男，武汉，博士，教授，研究方向：储能材料及其绿色资源化（E-mail：[e-mail]）。

1  引言

近年来，我国新能源汽车的产销量呈现快速增长的趋势。根据最新的研究结果，预测未来5年，每年动力电池的退役量将平均达到20-30GWh/16万吨，到2026年累计退役量将超过142.2GWh/92.6万吨[1]。这一数据显示出，随着新能源汽车的普及，退役动力电池的数量也将迎来爆发式的增长。因此，如何解决动力电池的退役问题，实现其有效回收利用，已经成为了一个亟待解决的难题[1]。在退役动力电池中，铝是一种重要的材料，它广泛存在于集流体、电池包五金件及外壳、新能源汽车铝合金组件中。因此，对退役动力电池中铝材料的回收和利用进行研究具有重要的意义[2]。

2  集流体铝箔的回收

2.1  热处理法

在锂电池中，正极活性材料通常与集流体铝箔通过黏结剂和导电剂粘结在一起，而热处理法的原理是利用黏结剂和导电剂的热解温度较低，将电池置于高温环境中，使粘结剂和导电剂发生热解，从而破坏它们的粘结力，而正极活性材料和铝箔的热解温度较高，从而实现正极活性材料与铝箔的分离[3]。

热处理法是一种常用的分离方法，具有操作简单、适用性广、成本较低的优点。然而，在实际应用中，这些改进方法仍然面临一些挑战。例如，温度的控制和能耗等方面的问题，还有过程中尾气和残渣的处理、集流体高温氧化的问题[4]。

2.2有机溶剂溶解法

有机溶剂溶解法利用有机溶剂的溶解性能，将黏结剂和导电剂溶解，从而分离出正极材料与铝箔。

有机溶剂溶解法在实际应用中也存在一些问题，如溶解度的选择、具有一定的毒性，对环境不友好等。因此，在使用有机溶剂溶解法时，需要根据具体情况选择合适的有机溶剂，并采取相应的安全措施，以确保操作的安全性和环境的友好性[5]。

2.3 碱溶解法

铝为两性金属，可以通过NaOH将铝箔溶解，并通过调节滤液的pH值以Al(OH)3的形式实现铝的回收。该方法的基本步骤：准备一定浓度的NaOH溶液，将铝箔放入NaOH溶液中，铝与NaOH发生反应生成氢气和铝酸盐Al(OH)-4离子。然后将溶液通过过滤器进行过滤，以分离出活性材料和其他固体杂质。过滤后的滤液中含有铝酸盐离子Al(OH)-4和其他溶解物。通过加入酸或碱来调节滤液的pH值。在碱性条件下，铝酸盐离子Al(OH)-4会逐渐转化为铝氢氧化物Al(OH)3逐渐沉淀下来，然后通过离心或过滤的方式将沉淀分离出来，再将分离出的沉淀进行洗涤干燥，以去除残留的杂质和溶解物得到纯净的铝氢氧化物Al(OH)3。最后，Al(OH)3可以通过进一步的处理，如煅烧等方法，将其转化为纯铝金属[6]。

碱溶解法工艺相对简单，但铝会以离子形式溶解到碱溶液中，这不仅会大量增加后续酸碱液体的水处理，还需要在操作过程中注意安全，避免NaOH溶液接触皮肤和眼睛，造成人身安全[7]。

3  电池包五金件及外壳中铝的回收

3.1 拆解法

退役动力电池外壳的拆解工艺，主要在于退役动力电池的外壳切割，取出卷芯。随着截断切割技术的不断发展，如锯切、车削、剪切、水刀、线切割、等离子、激光等，这些方式有望应用于电池的切割[8]。。

相较于其他切割方式，激光切割是一种非接触加工方式，无需使用刀具，也没有切削力对电池施加作用。这种加工方式对电池外壳没有直接冲击，因此基本上不会导致变形和腐蚀，同时也更容易实现壳芯的分离[9]。

3.2 粉碎法

粉碎法适用于单体电芯或小型模组的处理，该过程主要依靠旋转式破碎设备完成。粉碎方式包括锤磨、打散、切割和粒化等多种方法[10]。退役动力电池经过粉碎后，可以通过粒径筛分、密度分离、泡沫悬浮分离等方法，分离出纯度较高的铜、铝、外壳、隔膜等颗粒以及电池粉物料。物料中铝外壳的粒径大小与其它物料的粒径大小

不同，从而得以分离[11]。从而获得纯度较高的铝材料[12]。

4  小结与展望

退役动力电池中铝材料的回收和再利用是一项重要的工作，它不仅可以减少资源浪费，降低生产成本，还能减少环境污染。随着新能源汽车的快速发展，动力电池的退役问题将越来越突出，退役动力电池的回收利用将会越来越受到重视。因此对退役动力电池中铝材料的回收和再利用进行研究具有重要的现实意义。同时，再生利用技术也将会得到更广泛的应用，为环保事业做出更大的贡献。

基金项目：国家电网有限公司总部管理科技项目资助（5419-202199554A-0-5-ZN）

参考文献：

[1] 张恒,李海浩,王梦娇,等.退役动力电池材料再生利用综述[J].电池,2022,52(1):1-2.

[2] 曾诗涵,张继享,吴燕芳,等.退役动力电池磷酸铁锂正极材料的应用现状和回收利用技术[J].回收利用,2022, 15(3):29-30.

[3] 吴战宇,吴美乐.废旧锂离子电池全材料回收技术分析 [J].电池工业,2022,26(3):2-3.

[4] 康飞,孙峙,卢雄辉.面向分选的退役锂电池拆解设备与工艺研究[J].有色金属,2023,2:125-126.

[5] 吴星宇,阮丁山,唐盛贺,等.退役动力锂离子电池梯次利用概述[J].电池,2020,50(6):594-596.

[6] 孟欣,金鹏.电池回收技术的中国专利分析[J].电池, 2020,50(1):91-92.

[7] 杜进桥,田杰,李艳.废旧磷酸铁锂正极片的低温热解工艺研究[J].电源技术研究与计,2022,46(7):743-746.

[8] 徐琴心,曾令兴,钱庆荣,等.退役三元电池正极材料回收的研究进展[J].福建轻纺,2022,2(2):46-47.

[9] 穆德颖,刘铸,金珊,等.废旧锂离子电池正极材料及电解液的全过程回收及再利用[J].化学进展,2020，32(7):950-965.

[9] 高瑞；王继芬.废旧锂电池中有价金属的湿法回收技术研究进展[J].上海第二工业大学学报,2020,37(1):1-7.

[10]穆德颖,马文路,杨威,等.废锂电池放电及正极片分离回收处理[J].化工环保,2020,40(1):63-6.

[11]靳星.磷酸铁锂正极材料合成再生及性能研究[D].昆明：昆明理工大学,2020.

[12]王轩.LiFePO4正极废片回收及再生的性能研究[D].湘潭:大学,2018.