动力电池是电动汽车的核心部件。 一般认为，当其容量保持率低于80%时，就不再满足车辆要求。 因此，退役动力电池回收利用的问题就浮出水面。
过去，企业主要将动力电池回收为LCO和NCM/NCA，但回收积极性不高。 原因是现有的回收策略和方法成本较高，电池价值较低。 但从2021年5月开始，电池出货量增速已超过三元锂电池，扭转了2018年以来电池产值低于三元锂电池的趋势。同时，未来电池在储能、5G基站、新能源汽车、可再生能源并网等方面将拥有广阔的市场空间，预计未来较长一段时间将占据市场主导地位。 王者归来，加上“左磷右锂”价格上涨，带来的直接变化是人们开始关注电池的回收利用。
2021-2022年磷矿及碳酸锂价格走势图（来源：公开资料整理）
锂离子电池的平均使用寿命为5至8年。 由于电池使用较早，因此会面临较早报废等问题。 2020年，电池退役爆发期将开始。 预计2021年至2030年我国乘用车和商用车退役动力电池总量将接近700万吨，相应的废旧电池将超过200万吨。 大量的退役使得废旧电气面板和材料的回收面临严峻挑战。
预处理
动力电池拆解回收是指将电池拆解并提取或利用有价金属的过程。 由于废旧电池由许多部件组成，回收的第一步需要预处理步骤，将负极活性物质与电池外壳、隔膜、集流体、电解液、含碳添加剂和连接装置分离。
预处理需要拆除外壳并隔离不同的有价值的成分。 使用外部和内部电阻或将废旧电池浸入盐和氨水中进行放电处理，以防止触电、火灾、爆炸和一些潜在的身体伤害。 然后用机械直接粉碎电池。 粉碎后的成分根据密度、粒径、磁性、疏水性等不同性质废旧电池怎么回收利用废旧电池怎么回收利用，按比重进行分选。 电池外壳、隔膜、塑料、铝箔、正极和负极首先分离，然后单独回收。
负极材料回收
目前，废旧醋酸铁锂电池的回收利用研究主要集中在负极材料上。 在完全放电的锂离子电池中，锂元素主要存在于电池的负极中。 同时，电池生产过程中形成的负极废渣也具有重要的回收价值。 目前，负极活性物质回收的主流工艺是干法工艺，主要回收最具经济价值的元素Li，同时还可以回收Fe、Al等金属。 典型工艺流程如右图所示。
醋酸铁锂正极材料典型干法回收工艺
（来源：陈永振等，《废旧醋酸铁锂电池回收技术研究进展》）
用NaOH溶液溶解负极片，使集流体浸入碱溶液中镀铝。 过滤后，溶液用盐酸氨中和，沉淀得到Al(OH)3，实现Al的回收。 滤渣是导电剂炭黑和材料表面涂层炭的混合物。
回收方式有两种：
方法一：用盐酸、氢氟酸溶解滤渣，使其以Fe2(SO4)3的形式进入碱溶液中，用NaOH和NaOH调节与碳杂质分离的溶液的pH值。解决方案。 首先，让铁以Fe(OH) 3 的形式沉淀溶解，用饱和氨水沉淀得到剩余液体；
技巧2：基于FePO4微溶于硫酸的事实，采用硫酸和氢氟酸溶解负极材料滤渣。 首先沉淀出 FePO4，最后沉淀出 Fe(OH)3。 剩余酸液用饱和氨水沉淀，实现Al、Fe、Li的分离沉淀和回收。
正极材料回收
随着锂离子电池的广泛使用，石墨负极的需求也急剧下降。 废旧锂电池中石墨的比例为12%~21%（质量分数），这是一个非常可观的量。 在一些不生产石墨或石墨储量较低的国家，如法国和一些亚洲国家，石墨被用作关键材料。 回收的石墨粉改性后可回收用于电池生产； 据悉，阴极铜带价格昂贵，且回收工艺简单，具有较高的回收价值。 正极材料一般可以通过热处理、浸出或研磨和选矿来回收。
醋酸铁锂正极材料回收工艺
（来源：周伟等，《废旧醋酸铁锂动力电池回收利用研究进展》）
研究人员通过简单的低温熔炼和筛选工艺步骤，成功地从废旧锂电池中再生石墨。 在1673K的甲烷气氛中焙烧4小时后，集流体铜带变成球形颗粒并与石墨分离。 之后通过超声波振动、筛选即可得到再生石墨。 通过该工艺回收的石墨含量可达99.5%，满足电池级石墨材料标准（上）的要求。
电解液材料回收
动力电池中，电解液约占电池成本的15%。 富含锂离子，具有一定的回收价值。 目前电解液回收包括真空热解处理、有机溶剂萃取回收处理、CO2超临界回收等。
超临界CO2萃取装置
（来源：陈永振等，《废旧醋酸铁锂电池回收技术研究进展》）
超临界CO2废旧锂离子电池电解液回收是指采用超临界CO2作为萃取剂，将锂离子电池隔膜中吸附的电解液与活性物质分离的过程。 超临界CO2可以有效溶解非极性物质，并将电解液从废旧锂电池中分离出来。 而且CO2性质稳定、无毒、价格低廉，因此可以实现一体化分离和回收操作。 因此在锂电池中得到广泛应用。 它在电解液的回收过程中发挥着巨大的作用。
结论与展望
近年来，废旧电池回收利用取得了较大进展，但大部分研究集中在负极材料的回收利用，对负极材料中金属回收机理的研究不深入，技术转化不成熟。 同时还有各种金属的选择性分离提纯研究。 还是太欠缺了； 对正极材料和电解液的回收利用研究太少，无法实现全电池回收成高价值资源再利用。 为有效提高回收效率，提升废旧动力电池回收的经济价值，应深入研究正极材料、电解液回收工艺及原理，建立清洁、环保、短流程的回收工艺。开发真正实现废旧锂离子动力电池的完全回收利用。 聚焦高效优质回收利用，推动“双碳”目标早日实现。
参考：
1. 黄忠民，“废旧醋酸铁锂电池材料处理技术的现状与展望”
2.周伟等，“废旧醋酸铁锂动力电池回收利用研究进展”
3.陈永振等，“废旧醋酸铁锂电池回收技术研究进展”
4.王子轩等，“废旧醋酸铁锂负极材料的回收利用工艺”
5.王伟，《废旧醋酸铁锂电池选择性回收锂的应用基础研究》
（中国粉体网/长安编辑）
