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国网合肥供电公司的研究人员崔保艳、许建中，在2015年第11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88%左右的LiCoO2（也有LiNiO2、LiVO2及LiMn2O4等）、8%左右的乙炔黑导电剂和4%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[1]。 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40g手机锂电池内部拥有钴离子含量为6g左右，若每年我国废弃1亿只锂离子，其中浪费的钴元素就高600吨左右[2]。 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。 1. 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。 2. 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。而电极材料浸出液中金属离子的化学萃取，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。 3. 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15%左右，是伴生钴矿含量850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。 |
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