廢舊鋰離子電池的回收處理過程有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-11-18 17:05
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由于廢舊電池中仍殘留部分電量，所以預處理過程包括深度放電過程、破碎、物理分選;二次處理的目的在于實現(xiàn)正負極活性材料與基底的完全分離，常用熱處理法、有機溶劑溶解法、堿液溶解法以及電解法等來實現(xiàn)二者的完全分離;深度處理主要包括浸出和分離提純2個過程，提取出有價值的金屬材料。按提取工藝分類，電池的回收方法主要可分為：干法回收、濕法回收和生物回收3大類技術(shù)。
1.干法回收
干法回收是指不通過溶液等媒介，直接實現(xiàn)材料或有價金屬的回收。其中，主要使用的方法有物理分選法和高溫熱解法。
(1)物理分選法
物理分選法是指將電池拆解分離，對電極活性物、集流體和電池外殼等電池組分經(jīng)破碎、過篩、磁選分離、精細粉碎和分類，從而得到有價值的高含量的物質(zhì)。Shin等提出的一種利用硫酸和過氧化氫從鋰離子電池廢液中回收Li、Co的方法中，包括物理分離含金屬顆粒和化學浸出2個過程。其中，物理分離過程包括破碎、篩分、磁選、細碎和分類。實驗利用一組旋轉(zhuǎn)和固定葉片的破碎機進行破碎，利用不同孔徑的篩子分類破碎物料，并利用磁力分離，做進一步處理，為后續(xù)化學浸出過程做準備。
Shu等在Zhang等、Lee等以及Saeki等研發(fā)的研磨技術(shù)和水浸除工藝的基礎(chǔ)上，開發(fā)一種利用機械化學方法從鋰硫電池廢料中回收鈷和鋰的新方法。該方法利用行星式球磨機在空氣中共同研磨鈷酸鋰(LiCoO2)與聚氯乙烯(PVC)，以機械化學地方式形成Co和氯化鋰(LiCl)。隨后，將研磨產(chǎn)物分散在水中以萃取氯化物。研磨促進了機械化學反應。隨著研磨的進行，Co和Li的提取收率都得到提高。30min的研磨使得回收了超過90%的Co和近100%的鋰。同時，PVC樣品中約90%的氯已經(jīng)轉(zhuǎn)化為無機氯化物。
物理分選法的操作較簡單，但是不易完全分離鋰離子電池，并且在篩分和磁選時，容易存在機械夾帶損失，難以實現(xiàn)金屬的完全分離回收。
(2)高溫熱解法
高溫熱解法是指將經(jīng)過物理破碎等初步分離處理的鋰電池材料，進行高溫培燒分解，將有機粘合劑去除，從而分離鋰電池的組成材料。同時還可以使鋰電池中的金屬及其化合物氧化還原并分解，以蒸汽形式揮發(fā)，然后再用冷凝等方法收集。
Lee等利用廢舊鋰離子電池制備LiCoO2時，采用了高溫熱解法。Lee等首先將LIB樣品在馬弗爐中100～150℃的環(huán)境下熱處理1h。其次，將經(jīng)熱處理的電池切碎以釋放電極材料。樣品用專為該研究設(shè)計的高速粉碎機進行拆解，按照大小分類，大小范圍為1～50mm。然后，在爐中進行2步熱處理，第一次在100～500℃下熱處理30min，第二次在300～500℃下熱處理1h，通過振動篩選將電極材料從集流體中釋放出來。接下來，通過在500～900℃的溫度下燒0.5～2h，燒掉碳和粘合劑，獲得陰極活性材料LiCoO2。實驗數(shù)據(jù)表明，碳和粘合劑在800℃時被燒掉。
高溫熱解法處理技術(shù)工藝簡單，操作方便，在高溫環(huán)境下反應速度快，效率高，能夠有效去除粘合劑;并且該方法對原料的組分要求不高，比較適合處理大量或較復雜的電池。但是該方法對設(shè)備要求較高;在處理過程中，電池的有機物分解會產(chǎn)生有害氣體，對環(huán)境不友好，需要增加凈化回收設(shè)備，吸收凈化有害氣體，防止產(chǎn)生二次污染。因此，該方法的處理成本較高。
2.濕法回收
濕法回收工藝是將廢棄電池破碎后溶解，然后利用合適的化學試劑，選擇性分離浸出溶液中的金屬元素，產(chǎn)出高品位的鈷金屬或碳酸鋰等，直接進行回收。濕法回收處理比較適合回收化學組成相對單一的廢舊鋰電池，其設(shè)備投資成本較低，適合中小規(guī)模廢舊鋰電池的回收。因此，該方法目前使用也比較廣泛。
(1)堿-酸浸法
由于鋰離子電池的正極材料不會溶于堿液中，而基底鋁箔會溶解于堿液中，因此該方法常用來分離鋁箔。張陽等在回收電池中的Co和Li時，預先用堿浸除鋁，然后再使用稀酸液浸泡破壞有機物與銅箔的粘附。但是堿浸法并不能完全除去PVDF，對后續(xù)的浸出存在不利影響。
