電池聯(lián)盟(冉芬 北京報(bào)道) 在3月29日舉辦的“2017第五屆汽車動(dòng)力蓄電池回收再生暨二次電池回收與再生技術(shù)研討會(huì)”上,北京理工大學(xué)李麗做了題為《
鋰離子電池回收技術(shù)研究進(jìn)展》作了報(bào)告。
李麗說:
尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位嘉賓,上午好!首先非常感謝電池聯(lián)盟的邀請(qǐng),今天我代表北理工課題組就鋰離子電池研究回收技術(shù)進(jìn)展做相關(guān)匯報(bào)。
首先,簡(jiǎn)單介紹一下研究背景和意義。
作為通訊設(shè)備、電動(dòng)汽車、大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)所用的主要電源之一,鋰離子電池使用量和范圍越來越廣。從下面兩個(gè)數(shù)據(jù)圖可以明顯看出,在全球從2011年至2015年這五年期間統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),綠色柱狀部分是GWh的合計(jì),紅色點(diǎn)線是同比增長(zhǎng)速度。到2015年,全球鋰電池產(chǎn)量增長(zhǎng)速度為40%左右,右邊是中國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量趨勢(shì)圖,相對(duì)比來看,中國(guó)鋰離子電池?cái)?shù)量已經(jīng)超過了全球平均統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。根據(jù)今年2月份工信信息化部新發(fā)布的數(shù)據(jù),2016全年鋰離子電池累積完成產(chǎn)量為78億只,累計(jì)同比增長(zhǎng)量35.8%,其中12月份當(dāng)月完成量達(dá)840億只,同比增長(zhǎng)26.1%,該數(shù)據(jù)也充分顯示了鋰電池產(chǎn)量快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
從下表中所顯示的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),從2012年至2016年,大約在200至500噸每年,預(yù)測(cè)到2020年基本可以達(dá)到了50萬(wàn)噸,右圖預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)曲線也可以看到相應(yīng)的增長(zhǎng)趨勢(shì)。
對(duì)于鋰離子電池的回收資源化主要從兩方面考慮,一方面是環(huán)境,一方面是經(jīng)濟(jì),環(huán)境效益就不用再多的贅述了,對(duì)于經(jīng)濟(jì)效益來講,國(guó)內(nèi)外企業(yè)更多的會(huì)關(guān)注經(jīng)濟(jì)效益,如果實(shí)時(shí)跟蹤歷年在倫敦交易所對(duì)鋰離子電池所涉及到的金屬價(jià)值來看,鈷的價(jià)格一直是居高不下的。對(duì)于鎳、錳、鋰,雖然價(jià)格低于鈷,但是從資源戰(zhàn)略角度來講我們也應(yīng)該受到一定重視。
從全球從經(jīng)濟(jì)角度考慮,左邊這張圖是全球鋰資源的存儲(chǔ)量和對(duì)鋰資源需求量。左邊所顯示的兩條線,分別是鋰存量和鋰資源供應(yīng)量,到2020年全球的鋰存量將耗盡,到2025年超過了全球的資源的供應(yīng)量。如果我們?cè)O(shè)想把鋰電池當(dāng)中的鋰進(jìn)行40%或100%回收,在一定程度上可明顯降低全球?qū)︿囐Y源需求的壓力。
回顧鋰離子電池回收技術(shù),整個(gè)資源回收方面歸結(jié)于物理法、化學(xué)法和生物法三種。物理法在企業(yè)或研究院所中一般被作為電池材料的預(yù)處理手段,它主要是通過物理方法把電極材料跟活性材料進(jìn)行相剝離,分離后活性物質(zhì)材料可以進(jìn)入隨后的處理流程。物理方法相對(duì)來說操作簡(jiǎn)單可行,但存在的問題是產(chǎn)物純度比較低,并含有較多雜質(zhì)。同時(shí),處理過程中會(huì)產(chǎn)生有害氣體和粉塵污染,因此對(duì)其后續(xù)過程做到有效處理和環(huán)境防護(hù)。
火法回收目前在國(guó)外電池回收企業(yè)是采用最多的,其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是能耗高。由于火法要求在高溫下進(jìn)行煅燒處理,高濕熔煉爐是其核心處理設(shè)備,同時(shí)燃燒后會(huì)有大量含碳、氮等廢氣排放,當(dāng)前環(huán)保觀念深入人心,各界更重視全球?qū)τ谔寂欧艑?duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響。濕法主要是包括酸浸和分離兩部分,酸浸部分使用酸性溶液將電池材料溶解浸取,后續(xù)分離凈化及采用各種方法如沉淀法、萃取法和化學(xué)法等將溶液中的金屬離子分離出來,進(jìn)而重新利用回溯到可被再次使用的電池原材料。
今天我想跟各位共同分享近一年內(nèi)最新研究進(jìn)展:
1,磷酸鐵鋰修復(fù)再生。之前大家更多會(huì)關(guān)注價(jià)值高的電池材料回收問題,但對(duì)于磷酸鐵鋰這類價(jià)格相對(duì)便宜的材料,有些科研單位或企業(yè)認(rèn)為其經(jīng)濟(jì)性不高,因此這方面的工作比較少。去年開始,無論從文獻(xiàn)也好、從企業(yè)關(guān)注度也好,對(duì)磷酸鐵鋰的修復(fù)再生給予了一定關(guān)注。
2,碳負(fù)極回收處理。中國(guó)特別是北方能源大省,碳資源豐富而且便宜,之前對(duì)廢舊電池的碳負(fù)極回收再生沒有太多關(guān)注。最近對(duì)碳負(fù)極回收與重新合成再生有一些報(bào)道,如再生合成石墨烯這類導(dǎo)電性較高材料,或再生為環(huán)境友好材料等。
3,天然有機(jī)酸處理技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是我們課題組最早提出的一種綠色處理技術(shù)。目前傳統(tǒng)浸出工藝一般是用實(shí)驗(yàn)室常用的強(qiáng)酸,比如說鹽酸、硫酸、磷酸這類化學(xué)試劑,從環(huán)境友好角度,我們采用天然可降解的有機(jī)酸代替強(qiáng)酸強(qiáng)堿物質(zhì),可以實(shí)現(xiàn)高效且綠色的鋰離子電池回收技術(shù)。在負(fù)極材料回收方面,主要工作是結(jié)合環(huán)境材料領(lǐng)域,如何將電極材料剝離后進(jìn)行預(yù)處理與表面修飾,對(duì)廢水當(dāng)中的磷進(jìn)行處理。
4, 機(jī)械化學(xué)法或者機(jī)械法。主要針對(duì)廢舊電池的預(yù)處理過程,合適的預(yù)處理可以有效地提高后期金屬離子浸出率。鐵粉與失效鈷酸鋰進(jìn)行球磨處理,一方面使浸出原材料的粒度減小,擴(kuò)大固液相的反應(yīng)面積,另外鐵粉可將鈷酸鋰當(dāng)中的鈷離子還原為易被浸出的價(jià)態(tài)。該過程中鋰的浸出率77%,其他元素如鎳、鈷、錳較高。
5,以磷酸為浸提劑的處理技術(shù)。去年有兩篇文獻(xiàn)報(bào)道,其中一些值得大家去探討、去深究的問題。以磷酸材料浸出電池材料鈷酸鋰,首先我們從右邊反應(yīng)方程式看出,第一步將鈷酸鋰進(jìn)行沉淀,沉淀之后再進(jìn)行分離鋰,因?yàn)樵诔恋磉^程當(dāng)中會(huì)加入草酸,為什么會(huì)形成草酸鈷而沒有形成草酸鋰。第二步,用氫氧化鈉進(jìn)行調(diào)整PH值,為何生成磷酸鋰而不是氫氧化鋰沉淀。
最后,總結(jié)并提出該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和展望:
第一,退役動(dòng)力電池回收問題。
第二,自動(dòng)化與安全拆解技術(shù)。
第三,回收產(chǎn)品的除雜問題。
第四,如何避免二次污染。
第五,廢舊電池回收率問題。
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