CAT蓄电池湿法冶金回收废旧锂电池正极材料的研究

摘要近些年来，多种多样不同规格的电动汽车闯进了人们的视线范围之内，电子产品同样也加快了自身发展的速率频率，锂电池市场的需求进而得到明显显著的提升提高。大家都清楚知道了解，废旧锂电池针对自然环境、社会所造成带来的影响是极为非常严重的，借助依靠于对废旧锂电池开展展开科学合理的处理处置，这已然已经成为国内外研究范畴当中的重点关键内容。现如今当今废旧锂电池处理处置技术历经经过多年的发展进步，已然已经变得极为非常完善成熟，多种工艺设备的融合搭配使用运用以及正极材料的直接再生，成为了锂电池处理处置发展的方向趋向 。所以，这篇文章重点针对湿法冶金去回收废旧锂电池正极材料展开剖析，从而用作参考 。

关键词:湿法冶金；回收；废旧锂电池；正极材料；

能够重复再度使用，额定电压处于较高状态，并不包含有毒且有害之金属等等这些皆是锂电池相当突出的特点，所以于电动车、笔记本电脑、手机等众多领域当中均能够见到锂电池的“身影”，依此能够看出，锂离子电池具备极为广阔的发展前景 。目前，我国已然成为了世界上最大的锂电池生产基地，然而，要是没有对废旧锂离子电池进行科学化处理，那么电池内所含的有机含氟物质、电解质以及金属必定会对自然环境产生影响，进而污染土地资源、水资源等，所以，对废旧锂电池开展回收再利用，具备很高的环境保护价值。鉴于此，本文接下来主要针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

从事锂电池领域相关工作的专业人员，对锂电池的原材料，尤其是其中的正极材料，在性能方面给予并保持着高度重视，会针对其展开深入且细致的思考，而锂电池的原材料主要涵盖了正极材料、负极材料、电解液以及包装材料等。在锂离子电池内部，正极材料具有不可替代的关键作用，这一作用主要体现为能够对电极起到限制作用，进而为电池发电提供充足的锂元素，所以正极材料必须确保具备较高的比容量，以此为锂离子电池充分发挥其应有的作用奠定坚实基础。非常紧密的联系存在于正极材料的品质和电池的中和特性之间，作为锂电池里极为关键重要的材料之一，于离子市场里占据较高份额比例，因而也对电池的安全性起决定作用。据悉，锂离子电池里的正极材料在电池中所占比例约达35%，所以其成本高低和电池成本高低紧密相连。

2、锂离子电池对正极材料的性能要求

分析锂离子电池产业发展初期的状况，发现其主要是给移动电子产品更好地发展予以助力，像笔记本电脑、平板电脑等。随着时间持续推移，新能源产业加快发展速度，电动车行业受到人们留意与看重，因而这些行业对锂离子电池极为重视，也推动锂电产业迅速发展。锂离子电池需满足不同技术性能指标，才会被更多产业关注、认可，最终实现良性发展。技术指标主要涵盖着成本、安全性、可靠性、耐用性、生产制造效率等好多项内容，各个指标相互之间存在紧密关联。应用领域不一样。在锂电池指标方面，考虑的时候顺序将会有所变化，不像刚才一样啦。

对于笔记本电脑、平板电脑内里的锂电池而言，体积比能量属于极为关键的指标，有更多人期望在上述二者之中增添更多电量，当下石墨、钴酸锂体系的锂电池经多年产业发展已渐趋完备、成熟，其具备如此高的体积比能量使得其他材料体系的锂离子电池难以取而代之，如今电动汽车产业发展势头蓬勃，动力锂离子电池在未来会与便携式产品电池一同化作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

工作人员重点运用机械拆解方式，用来针对废旧锂离子电池予以拆解时还采用梯次利用办法对其开展二次利用，在电池切实已达生命周期后，借助物理拆解或者化学锻造处理手段，把废旧电池里的正极材料分离出来，接着用包括火法冶金、湿法冶金等多种科学方式对待回收废旧电池正极材料，最终将其投入再度使用进程中进而节约更多珍贵能源与资源。

3.1梯次利用方法

在废旧锂离子电池回收再生以前，得依据其具体的使用时长、剩余生命周期等诸多方面开展二次利用，以此节约更多投入的成本，还能延长电池明确的使用时长。据知，在电动汽车电池组内，梯次利用方式获得广泛运用。大家都清楚，电池历经长时间运用，其能量密度以及功率密度必定会呈现下降态势，无法满足电动汽车行驶时所提出的动力需求。但能借由物理拆解之法把电池包予以拆解，使之成为体量较小的电池块，接着把它加入到别的使用场景里，比如：把它加入到儿童玩具车或者遥控器里，仍旧能够使用。梯次利用以该方法如今已然朝着商业化的发展方向去发展与前行。但无可否认的是，梯次利用方法自身也存有一定的缺点，比如：此方法综合回收效益跟电池组的健康状态之间有着紧密的联系。当下，市面上电动汽车电池型号趋向于越发繁多，不同型号的电池组，于物理结构以及机械组装方案层面存在较大差异，在自动化拆解技术开发进程里遭遇较多困难，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

据知悉，火法冶金法在工业行业发展进程里得以广泛运用，于回收锂离子电池方面也备受关注，具备更为广阔的发展余地。把此项方法与其他回收方法予以比较，二者间存在较大差异，前者无需开展机械拆解以及物理分选，而是运用直接的途径，借助高温热处理手段把废旧锂离子电池于高温炉中加以处理，如此一来电池在机械破碎的进程中就不会出现较为严重的安全隐患状况。经焙烧处理后，原料同造渣剂展开融合，运用沉淀、浮选等办法予以还原，还原出含钴、铜、铁等金属的合金，而后步入深度加工进程之中。

磷酸铁锂动力电池会被火法冶金着重针对展开处理，把它加入到三元电池处理进程里，也能展现出更优的效果。这项技术在应用的时候，不需要电池拆解这一步骤，并且具体操作极为便捷，已然演变成一种商业回收锂离子动力电池的关键方法。然而火法冶金在高温热处理期间会出现废气、废尘，而且废气、废尘的数量众多，污染自然环境和空气。为了能控制有毒气体的排放，还得设置三废处理系统，因而需要投入更多成本。在运用火法这种方式开展废锂电池回收的进程里，更多的锂与铝会产生转变，变为炉渣，回收耗费成本较高，并且金属元素没办法获得有效运用。

3.3湿法冶金法

被称作湿法冶金回收方法的是什么呢？主要是针对废旧锂离子电池展开拆解，经由浸出这种化学反应，让有价值的金属离子转移至液相之中，接着借助溶剂萃取、化学沉淀等诸多方法，针对金属离子溶液施以分离富集操作，进而采用金属或者其他化合物的形式予以回收，最终形成不同的化合物。回收率高、工艺灵活乃是湿法冶金法所具备的最为突出的特点，因而受到重视并得以广泛应用。

4、机械处理与正极材料浸出

大家都知道，锂离子电池极易发生爆炸，并且其燃烧速度颇快，鉴于此，在开展回收工作之前，得展开失活处理。废旧锂离子电池历经多个步骤，也就是拆解、分选等众多操作，运用还原煅烧或者焙烧的方式，把粘结剂等成分完全去除，接着经过除干工艺，从而获取镍、锰等具备较高价值的金属失活正极材料。关于材料浸出效果和金属离子总收率紧密关联状况下，相关研究人员就浸出条件、浸出液实际成分等多方面予以思考，进而结合化学成分各异的情形，针对浸出液开展研究，并查明浸出液展现出几种类型像是无机酸、有机酸以及氨碱试剂等，其中无菌酸性浸出液不但为使用极为频繁的而且是相对较为常见的金属液，在正常情形下会需求添加还原剂用以降低金属离子价态，无机酸对Li表现出很好的浸出效果。不过，会产生有毒气体，大量使用溶剂时，相当有可能出现二次污染，故而需要开展综合物化处理。

5、锰酸锂正极材料的发展与趋势

据知悉，于国内市场以及研究里，锰酸锂电池未曾得到更多的关注，其研究比例也并非很大，来把它跟三元锂电池以及磷酸铁锂电池作比较，所占据的份额极为稀少。锰酸锂电池主要把锰酸铝用作最为重要的正极材料电池。安全性高、成本低，还有低温性能好，是锰酸锂电池最为突出的特点，正是鉴于有着上述的优势与特点，因而在电动自行车等领域中受到重视，并且发挥着不可被替代的作用。但不能够否认的是，锰酸锂电池也存在一定的缺点，也就是循环性能较为偏差。先是问锰酸锂电池能不能在竞争激烈的市场里站稳脚跟，进而获得更好发展，接着通过对其发展趋势做分析，却发现希望极为渺茫。之后说锰酸锂电池的研究是在不断改性基础上，有可能突破自身不足，在循环性要求没那么高的领域应会占有一席之地，所以锰酸锂电池未来很可能是一匹“黑马”，会在锂离子电池市场里驰骋，是这样的情况。

6、三元锂电正极材料的发展与趋势

近些年来，三元锂电池加快了发展的速率和进程。出现这种情况，主要是因为国家对新能源汽车加大了重视力度，并且三元锂离子电池在能量密度方面有着诸多优势和特性。循环性能良好、体积较大是其最为显著的特性，然而存在一定缺陷，即在充放电过程中很可能会释放氧分子，在温度较高的情形下，有可能引发燃烧问题出现。所以在三元锂电池使用进程中，需要运用更为科学的预警举措与控制办法，防止燃烧乃至爆炸问题出现 。现如今产业界对三元锂电池极为重视，经从多个角度予以分析，发觉三元锂电池于未来发展进程之中会朝着两个方向去发展与前行。其一，三元锂离子电池切实解决了安全方面的问题，遂在市场里的份额日益增大。其二，三元锂离子电池会同磷酸铁锂电池呈现出共同发展的态势，一道成为锂离子电池里的半壁江山。

7、其他正极材料的发展与趋势

锂离子电池里有至关重要的两款分类，钛酸锂电池与 钴酸锂电池，然而其他种类锂离子电池于市场上所占比率并未很大，各自且俱在特殊领域里面获得应用。经探寻得知，有关方面针对钠离子电池、钾离子电池等加大了钻研力度，并且部分钠离子电池已然开启商业化进程 。把钠离子电池、钾离子电池拿来跟锂离子电池相比较，前者不必投入更多成本，并且还能够对自然环境起到保护作用，所以凭借着诸多优势与特点，有着较为强劲的竞争力，不过也存在一定缺点，也就是在能量密度方面跟锂离子电池相比还偏弱一点。

8、展望

8.1锂离子电池正极材料比较

在专业人员开展锂离子电池正极材料研究期间，常常会把自身关注要点置于其体积容量和重量容量上，对别的性能参数持忽视态度，譬如是环保性。这意味着要是电池含有有毒、有害物质，那么即便它能量密度极高，在实际使用进程中，都得格外谨慎，极有可能对人体健康以及环境造成影响与损害。在锂离子电池推广进程里，要对锂离子正极材料中环保性较高的加大关注力度，像磷酸铁锂，还有锰酸锂。尤其是磷酸铁锂，它有绿色电子产品的名号，能更优地保护自然环境。

8.2锂离子电池正极材料发展趋势

于锂离子电池正极材料发展趋势展开分析之际，要求工作人员立足多个角度、多个层次，对多方面内容予以细致思考，极为关键的一点是进一步提升单体能量密度，且要有极强的环保性，此为锂离子电池正极材料发展进程里相当重要的内容，不可轻视。现今不管是磷酸铁锂、三元锂离子还是锰酸锂等材料，在更多文章中，研究人员大多把这3方面当作重点，纳入研究进程中，其中之一是：金属离子的添加。由于有金属离子的掺入呢，于是金属离子有的发挥支撑结构的功效，有的起到提升能量的作用；其二是纳米化。纳米化主要是进一步增进离子的导电性，让较多数目的电荷在运行期间能够更加流畅，降低并减小阻碍的出现。其三是各种包覆。涵盖金属离子、各类稳定性较高的氧化物、包覆碳。包覆的作用是确保离子导电性更为稳定。总之，最终目标都是为了进一步提升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，在未来的发展，受到了人们的关注，与重视，在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。那在主流的锂电池市场里头，固态锂离子电池必然会稳稳地站住脚跟使得人们不必为其安全性还有环保性相关问题而忧心。

结束语:

总之，电动汽车市场发展的速度加快了， 脚步也迈进了，包含其中最重要部件的锂电池，紧紧追随着时代前行的脚步朝着更好前景往前发展，无论锂离子电池是在回收阶段还是使用阶段，其经济价值都极为显著，不仅如此，还具备较强的社会价值，于开展废旧锂电池正极材料回收时，工作人员多数会挑选火法冶金法、梯次利用法、湿法冶金法等 。在实践进程里，火法跟湿法冶金法予以充分融合，运用湿法工艺去分离提取镍、钴等金属元素，予以合理回收再利用。污染小、能耗低乃是湿法冶金最为突出的特性。为了能进一步提升此方法的回收效率，专业工作人员需对两方面着重予以关注。其一：针对溶剂使用量、分层速度等多项问题，展开认真研究，紧接着步入优化进程，凭借更为先进的萃取专业设备，显著提升分层实际速度，促使湿法冶金发挥关键作用，获取更多经济效益。其二：要让废旧锂离子电池回收取得更佳成效，首要之事是对废旧锂离子电池予以分类并科学处理，这需要社会各界人士共同付出努力，针对国家制定的垃圾分类政策展开研究，随后切实将其落到实处。