锂电池未来回收发展趋势

国网合肥供电公司的研究人员崔保艳许建中在年第期电气技术杂志上撰文指出随着电动汽车开发及使用的日益普遍其内部锂电池的使用也日益增多而锂电池经过近上千次充放电循环后其内部工作离子就会丧失活性锂离子使用范围的日益广泛势必会带来大量的废旧电池若随意丢弃不但对环境造成威胁也是对资源的一种浪费因此对废旧锂电池进行回收利用具有十分重大的意义同时随着目前我国微电网技术的迅速发展对废旧锂电池进行重新检测组装用于微电网的功率平滑会极大提高锂离子电池的利用率因此本文对锂电池发现概况和主要回收工艺进行了综合分析与探讨并以此指出了未来锂电池回收发展的趋势一前言大部分电池内部都由许多重金属以及含酸碱性的电解质溶液等化学成分组成一旦使用完后被人们任意丢弃其内部渗出的化学物质会对土壤和河流造成极其严重的污染对人类的生活环境带来威胁而对废旧电池进行回收利用处置不仅排除了污染的安全隐患也能实现对电池资源的回收再利用同时随着目前我国微电网技术的迅速发展通过对废旧锂电池进行重新检测组装来进行微电网的功率平滑也会极大提高锂离子电池的利用率目前市场上流通的锂离子电池大多由电池帽电池壳正极负极电解质和电池隔膜等几大部分构成其中锂电池的正极构成多为左右的LiCoO也有LiNiOLiVO及LiMnO等左右的乙炔黑导电剂和左右的PVDF粘结剂而其负极材料多为石墨化碳和导电剂两者间通过胶粘剂附着在铜箔上构成部分同正极相似此外随着研发人员对锂电池两极构成材料研究的不断深入往往在电池正负极的生产过程中加入少量的镍离子形成带有镍离子的混合氧化物材料一般锂电池的使用寿命都在三年以内超出使用年限或人们更换了电子设备后就会出现大量的废旧锂电池尽管相对其他种类的电池来讲锂电池对环境的污染相对较弱但锂电池本身依然含有一定毒性的电解质溶液随意丢弃在环境中也会对人类赖以生存的土壤和水体造成破坏并有可能通过食物链进入人的体内在我国目前单在生产加工锂电池的过程中就会产生上万吨的化学废料此外还有大量被随意丢弃的锂电池形势十分严峻同时资源浪费情况也十分严峻一只常见的g手机锂电池内部拥有钴离子含量为g左右若每年我国废弃亿只锂离子其中浪费的钴元素就高吨左右二废旧锂电池处理技术现状通过对废旧锂离子电池的回收利用研究可以发现对其回收的方式多集中在对电池中正极活性物质的回收利用总结来讲根据回收的主要关键技术和原理不同可以将废旧锂电池回收处理技术分成物理法化学法和机械法这三种处理方法物理法处理物理法处理中最常见的方法为火烧法即采用高温焚烧的方式分离锂电池的组成材料分解和去除锂电池中存在的有机粘结剂同时氧化还原并分解锂电池中的钴铝和乙炔黑等金属离子和其他化合成分当这些有用离子以蒸汽的形式进行挥发后再使用冷凝等方式对其进行收集整理废旧锂电池的物理回收处理法最大的优点为处理速度快回收效果好对电池组成成分的要求较低适用于处理构成较为复杂的电池但物理法对设备的要求较高并由于其过程中需要采用净化回收设备等因素造成锂电池物理回收处理法的处理成本较高化学法处理锂电池回收的化学法处理过程通常是先采用氢氧化钠硫酸双氧水等化学溶剂溶解出锂电池正极含有的各种金属离子之后再采取沉淀萃取和盐析等化学方法来析出和凝练钴锂等可二次利用的金属离子元素而电极材料浸出液属离子的化学萃取通常都属于阳离子交换反应在这种阳离子交换反应的环境下萃取液多采用弱酸性有机酸溶液其他一些化学解析方式除了化学萃取技术外还可以采用改变浸出液pH值大小的方式对金属离子进行选择性沉淀这样可以有效避免在锂电子化学法回收处理过程中引入有机溶剂机械法处理对锂电池进行机械法处理就是对锂电池进行机械破碎浮选与物理法处理过程相似采用机械法进行锂电池回收时最初会对锂电池进行整体破坏和挑选初步获取锂电池的电极材料粉末之后会对电极材料粉末进行相关热处理以便去除电池上的有机粘结剂最后通过采用浮选分离的方式对电池中的金属离子进行回收利用机械法处理原理简单操作便捷但其成本较高易造成锂电池钴离子的流失增加了铝箔的回收难度三锂电池回收利用技术的发展趋势随着科技的不断进步电池的发展日新月异而锂离子电池也凭借其工作电压高体积小低污低循环寿命长等特点已成为电动汽车等高新产品必不可少的电源设备当然随着锂电池应用范围的不断增加废旧锂电池的数量也越来越多一般来说废弃锂电池中都会含有钴锂镍铜铝和铁等金属元素其中钴离子的质量分数可以高达左右是伴生钴矿含量倍远远超出我国钴矿山的产出与此同时在锂电池的结构中作为正极集流体的铝箔和负极集流体的铜箔也具有很高的回收利用价值因此对锂离子电池中的有价金属进行回收研究对降低废弃电池造成的环境危害缓解金属离子资源匮乏等问题具有重大的现实和经济意义同时微电网以其独特的用电模式已引起各个国家的极大重视而对废旧锂电池进行重新检测组装用于微电网的功率平滑会极大提高微电网工作效率和锂离子电池的利用率因此对锂电池及回收处理进行研究具有很大的必要性同其他领域锂电池的回收技术发展一样目前对微电网功率平滑的废旧锂电池重新检测组装研究也大多集中在对正极材料中含有的金属离子进行回收利用而对其负极材料隔膜和电解液等物质的回收研究还相对缺乏尤其锂电池的电解液危害性较大是造成环境污染的最大因素因此对锂电池电解液的回收处理研究应作为微电网中未来锂电池回收研究的一个侧重方向长期以来包括微电网领域在内的我国各业都未对废弃的锂电池采取足够的重视并进行相应高效的回收处理因此建立完善有效的回收网络和体系是促使我国在微电网中进行废旧锂电池回收处理的一个重要保障结语作为传统大型电网的有效补充目前微电网技术已引起各方关注而对我国而言积极发展微电网业务可以有效加强供电的可靠性促进可再生能源的利用当然作为这样一个小而全的发供用电系统锂电池在微电网中的应用还存在着大量的技术问题例如锂电池的优化配置锂电池的负荷及锂电池的回收再利用等因此下一步我国应进一步加大对微电网以及微电网中锂电池的应用技术和回收利用效率使微电网技术能够降低自身带来的资源浪费环境威胁等负面影响真正快速应对目前的电力需求