
废旧锂离子电池的回收过程主要包括前处理、二次处理和深度处理。由于废旧电池中仍有部分电力残留,因此预处理过程包括深度放电、破碎和物理分选;二次处理的目的是实现正负活性物质与衬底的完全分离。常用热处理、有机溶剂溶解、碱液溶解和电解,实现两者的完全分离;深度处理主要包括浸出和分离提纯两个过程,以提取有价金属材料。根据提取工艺的分类,锂电池回收方法主要可分为干法回收、湿法回收和生物回收三大类。
1. 干式回收:是指不使用溶液等介质,直接回收材料或有价金属。其中,采用的重要方法是物理分离法和高温热解法。
(1)物理分离法:是指对电池进行拆解分离,对电极活性材料、集流体、电池外壳等电池部件进行粉碎、筛分、磁选、细碎和分级,以获得有价值的高含量物质。物理分离法操作相对简单,但要完全分离锂离子电池并不容易,并且在筛选和磁选过程中存在一定的损失,因此很难实现金属的完全分离和回收。
(2)高温热解法:是指将物理粉碎的锂离子电池材料在高温下分解,去除有机粘结剂,分离锂离子电池的组成材料。同时,锂离子电池中的金属及其化合物可以被氧化、还原和分解,以蒸汽的形式挥发,然后通过冷凝等方法收集。
这种锂电池回收方法的技术简单,操作方便,在高温环境下速度快,效率高,能有效去除粘结剂;并且这种方法对原材料的成分要求不高,更适合加工大量或更复杂的电池。但是,这种方法对设备要求很高;在处理过程中,电池的有机物会分解并产生有害气体,因此需要增加净化和回收设备,以吸收和净化有害气体,防止二次污染。

2.湿法回收:将废旧电池粉碎溶解,然后用适当的化学试剂选择性分离浸出液中的金属元素,生产出高级钴金属或碳酸锂等,可直接回收利用。湿法回收更适合于化学成分相对单一的废旧锂离子电池的回收,其设备成本较低,适用于中小型废旧锂离子电池的回收。
(1)碱酸浸出法:由于锂离子电池的正极材料不会溶于碱液,而基铝箔会溶于碱液,因此常采用这种方法来分离铝箔。但碱性浸出法不能完全去除PVDF,对后续浸出有不利影响。
(2)有机溶剂萃取法:利用相似性和相容性的原则,用合适的有机溶剂物理溶解有机粘结剂,从而减弱材料与箔的粘附力,将两者分离。使用有机溶剂萃取分离材料和箔片的实验条件相对温和,但有机溶剂具有一定的毒性,可能对操作人员的健康有害。同时,由于不同的制造商制造锂离子电池的工艺不同,他们选择的粘合剂也不同。因此,针对不同的制造工艺,制造商在回收废旧锂离子电池时必须选择不同的有机溶剂。此外,成本也是工业层面大规模回收操作的重要考虑因素。因此,选择来源广、价格合理、毒无害、适用性广的溶剂非常重要。
3.生物回收:是利用微生物将体系中有用的成分转化为可溶性化合物,并选择性溶解,得到含金属的溶液,实现目标成分与杂质成分的分离,最终回收有用金属的技术;并且与传统的电池回收技术相比,生物回收具有基础设施投资少、运营成本低、环境污染少等优点;然而,这是一个相对较新的课题,仍有许多问题需要解决,如菌株的选择和培养、浸出条件的控制、金属生物浸出机理等。
生物浸出法成本低,回收效率高,污染消耗少,对环境影响小,微生物可再利用;但是,高效微生物菌类的培养难度大,处理周期长,浸出条件的控制是这种锂电池回收方法需要解决的几大问题。
