研究背景


Q1

       我国于2010年开始推广新能源汽车，2014年出现爆发式增长，2017年销售量约77万辆。早期行业内最主流的配套电池体系为磷酸铁锂动力电池，公交、大巴车等客车目前仍以磷酸铁锂电池为主。并据中国锂动力电池产业联盟的统计，2016年全球动力电池需求量41.6 GW·h，其中LFP、NCA、NCM和LMO四大主要类型的动力锂离子电池的需求量分别为23.9 GW·h、5.5 GW·h、10.5 GW·h和1.7 GW·h，LiFePO4电池占据了57.4%的市场份额。由于三元材料的高能量密度以及国家的政策支持，2017年三元体系动力电池占比上升为45%，磷酸铁锂电池占动力电池的49%。因此，磷酸铁锂电池的退役爆发期将首先到来且总量庞大。随着爆发式动力电池退役潮的到来，大量淘汰的电池若得不到正确处理，会带来严重的环境污染及能源浪费，如何处理废旧电池是人们关心的重大问题。

重点内容导读

Q2

      本文介绍了国家目前对于废旧电池回收的相关政策，随着动力电池回收问题日益突出，近年来国家及地方陆续发布了相关的政策，其中，近三年来，国家出台的政策包括国物院发布的《生产者责任延伸制度推行方案》，工信部、科技部及环保部等部门联合发布的《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》、《关于组织开展新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》、《关于加快推进再生资源产业发展的指导意见》等等，通过政策的出台来引导、规范及督促电池回收行业的良性发展。

      详细介绍了废旧LiFePO4材料的多种回收、再利用方法，包括化学沉淀法回收、高温固相修复技术、高温固相再生技术、生物浸出技术以及机械活化处理回收技术等；并分别介绍了高温热解处理、有机溶剂萃取回收、超临界CO2回收的电解液回收处理技术以及负极材料的分选回收技术、石墨修复改性技术。针对废旧正极材料磷酸铁锂的回收及再利用方法包括化学沉淀法回收、高温固相修复技术、高温固相再生技术、生物浸出技术以及机械活化处理回收技术等；其中，化学沉淀法的回收产物为含锂、铁的工业原料，该类方法易于实现规模化应用，但是会产生大量酸碱废液；高温固相修复、再生方法工艺流程短，除杂将会是该工艺规模化应用的难点。电解液作为废旧电池中主要的污染来源，目前的处理方法主要有高温热解处理、有机溶剂萃取回收、超临界CO2回收的电解液回收处理技术，其中，真空热解技术回收电解液的同时可以实现活性物质与集流体的剥离，简化回收工艺，但是回收过程能耗较高；有机溶剂萃取过程可以回收电解液主要成分，但是存在萃取溶剂成本高、分离困难及萃取剂后续产生新的污染等问题；超临界CO2萃取技术具有无溶剂残留、溶剂分离简单、产物还原度好等优点，是锂离子电池电解液回收的重要研究方向。针对负极，集流体铜箔价格昂贵且回收工艺简单，具有高回收价值，而活性石墨材料，由于负极石墨材料价格相对较低，回收再利用经济性较弱，目前对废旧电池负极的回收研究相对较少。目前研究中，学者进行了材料分选回收、修复改性探索等研究，包括采用锤振破碎、振动筛分与气流分选组合工艺对废旧锂电池负极材料进行分离与回收；二次超声辅助酸化湿法回收并热处理修复等工艺研究。开发废旧石墨材料的改性及修复技术，实现废旧石墨材料在电池行业或其它工业领域的再利用，可以进一步提高废旧电池的资源利用率。


结论

Q3

      回收材料为组分复杂的混合回收材料时，适合采用化学沉淀法或生物浸出技术进行金属的回收，获得可以再利用的化工材料，但是，对于LiFePO4材料，湿法回收存在流程较长、需要使用较多的酸碱试剂以及处理大量酸碱废液等问题，存在回收成本高、经济价值低的缺点。

      与化学沉淀法回收技术相比较，高温修复及高温再生技术具有流程短、酸碱试剂用量少、产生的废酸废碱量少等优点，但是，该方法要求回收材料在修复处理或再生处理前进行严格的除杂，以避免杂质残留影响材料的电化学性能。杂质包括少量的铝箔、铜箔等。除杂问题是直接修复、再生工艺在大规模应用中研究较少但是又必须解决的重要问题。

      为提高废旧电池回收经济价值，应该进一步开发低成本的电解液及负极材料回收技术，最大程度的回收废旧电池中的有用物质，实现回收效益最大化。