废旧锂离子电池负极材料回收利用研究进展

隆 飞,陈 帅,高桂兰,郭耀广,关 杰

(上海第二工业大学 环境与材料工程学院,上海201209)

0 引言

锂离子电池作为一种新型的二次电池,因具有比能量大、自放电小、循环性能好、使用周期长、无记忆效应等优点而得到迅速发展,自1990年由索尼公司生产出来后被广泛应用于电子产品和电动汽车领域[1]。随着手机与新能源市场不断发展壮大,以及锂离子电池有限的使用寿命,将会有越来越多的锂离子电池被丢弃[2]。丢弃的废旧锂离子电池会影响周围的生态环境,电池中含有的重金属(钴、镍等)会泄漏进入土壤,影响土壤的酸碱度[3-4],经土壤富集作用最终对人体的健康产生危害[5];泄漏的电解液可以与水反应生成有毒气体氟化氢[6];Li与水反应释放出H2,生成对环境有害的LiOH[7]。因此,废旧锂离子电池的回收及资源化利用可达到保护环境、节约资源的目的。锂离子电池主要组成部分有正极、负极、电解质、外壳及隔膜等,负极集流体主要由石墨、焦炭、碳黑等活性物质与黏结剂聚偏氟乙烯(PVDF)混合后涂覆于铜箔表面,正极集流体是磷酸铁锂、钴酸锂等活性物质黏结在铝箔表面。典型的锂离子电池充放电模式如图1所示[8]。

图1 锂离子电池充放电原理图Fig.1 Schematic diagram of charging and discharging of lithium-ion battery

目前废旧锂离子电池的回收研究领域围绕正极材料钴、锂、镍金属的分离提纯和铝箔的回收展开,处理工艺以湿法和火法冶金为主。火法冶金技术是指利用高温熔炼工艺使电池中的贵金属还原,最终得到钴镍合金。Reddy等……