第五组——废旧锂电池处理技术及料资源化案例分析2(1).pptxVIP

废旧锂电池处理技术及资源化案例分析

锂电池污染

锂电池的发展1912年锂金属电池最早由Lewis提出并研究。20世纪70年代时，Whittingham提出并开始研究锂离子电池。1990年Sony公司将锂离子电池成功实现了商业化，自此其被广泛应用于各类储能领域，包括便携式电子产品、电动车和大规模储能领域。2005年,世界锂离子电池产量为20.5亿只，到2012年高达58.6亿只;得益于新能源汽车的发展,据估计,到2020年锂离子电池产业将达到320亿美元产值。随着锂离子电池的需求和产量的不断攀升，服役后的废旧锂离子电池的数量也随之急速增加。到2020年，世界废旧锂离子电池数量将会达到250亿只。

锂电池的发展从上面的数据来看，我国锂电子电池的数量正以每年递增的状态增加，并且预计以后还会继续增长。众所周知，锂离子电池的寿命一般为2~3年，当如此多的锂离子电池达到上限报废后，又该如何处理呢？根据电子信息产业统计年鉴2003~2010年及网络综合信息数据显示，2015年我国锂电池废弃保有量约为94亿只，2016年锂电池废弃保有量约为112亿只，由于当前我国回收锂电池产业链的不完整和回收意识的不到位，废旧锂电池回收率不到其报废量的2%。因此，对废锂电池进行资源化、无害化处理及其污染控制已成当务之急。

为什么要对废旧锂电池进行回收处理废旧锂电池资源性：废弃的锂离子电池具有显著的资源性，其含有大量有价金属，钴约占15％，作为一种战略金属，是废旧锂离子电池中最具经济效益的金属元素,潜在价值约占整个电池的82.40%。铜、铝金属含量可以达到18.7％，潜在价值约占整个电池的17.50％。此外废旧锂离子电池中的锂元素是一种常见碱金属，其应用范围同样广泛，需求量大。污染性：锂离子电池中包含多种有毒有害物质，其中电池电解液含有毒性极强、易燃易爆、腐蚀性强的电解质和有机溶剂。电解质主要包括能与水或与酸发生反应的LiPF6，LiBF4，LiClO4，LiAsF6等物质，可以产生HF、PF5等有毒气体或其他有毒物质，产生氟污染和砷污染；电解质溶剂主要是有机酯溶剂碳酸丙烯酯（PC）、二乙基碳酸酯（DEC）和醋酸乙酯（EA）等，电解质溶剂易挥发，能与水、空气、强氧化剂反应生成含氧有机污染物以及有害气体。

废旧锂电池的再利用预处理过程：初步分离回收废旧锂离子电池中的有价部分，高效选择性地富集电极材料等高附加值部分，以便后续回收过程顺利进行。钴酸锂的修复与再生：电池在多次充放电后因贫锂造成不可逆相变，从而减少了正极的有效容量，直至失效。粘附于钴酸锂表面的PVDF等因温度等因素改变而氧化分解，以氧化残体形式沉积在钴酸锂微孔中，加剧电化学性能的失效。通过超声水热处理，在一定条件下电极材料中的粘结剂PVDF和EC基本能够去除，达到钴酸锂的再生。钴的浸出过程：将Co、Li等金属物质从电极材料中分离出来，以便进行后续的提纯处理。化学纯化过程：对浸出过程得到的溶液中的各种高附加值金属进行分离和提纯并回收。

废旧锂电池的再利用(1)预处理过程1、预放电：废旧锂离子电池中含有部分残留电量，在进行破碎及后续回收处理前应当首先将废旧锂离子进行预放电处理。一般方法有导电盐溶液浸泡短路放电（适合于少量电池的放电）和低温放电法（对设备要求较高，初期建设成本较高）。2、预处理：机械破碎法：通过多级破碎去除锂电池的外壳，使得塑料和铁屑在重力或磁的作用下与电极活性材料分离，实现电极材料的富集。热处理法：正极集流体和活性物之间添加了粘合剂PVDF，因此两者间有较强的粘合力。可通过设定加热温度，分解粘结剂，使正极活性物质从集流体上脱落。碱液溶解法：正极集流体铝是两性金属，与酸碱都可以发生反应，而正极活性物质钴酸锂、负极材料石墨和负极集流体铜箔均不与碱发生反应，可采用NaOH碱性溶液从废旧锂离子电池的正极集流体中溶解浸出AL及其表面起保护作用的AL2O3，实现集流体铝箔的去除和电极材料的富集。

废旧锂电池的再利用(2)钴酸锂的修复与再生锂离子电池在多次充放电后因贫锂造成不可逆相变，从而减少了正极的有效容量，直至电化学性能失效。粘附于钴酸锂表面的聚偏二氟乙烯（PVDF）粘结剂和有机电解液会因温度、电压等因素的改变而造成氧化分解，并以氧化残体形式沉积在钴酸锂微孔中，这也加剧了钴酸锂材料电化学性能的失效。研究结果表明通过超声水热处理，在一定条件下电极材料中的粘结剂PVDF和EC基本能够去除。钴酸锂表面的有机物被有效去除，钴酸锂团聚现象消失，颗粒大小均一且晶体表面光滑。钴酸锂修复与再生法一般要求原料的纯度较高、杂质少，而市面上种类混杂的废旧锂离子电池，原料成分多样以及钴