近些年，由于节能减排的呼声越来越高，新能源汽车应运而生，最为突出的便是锂电池电动汽车。面对电动汽车产量的不断增加，随之而来的便是动力电池装机量的增加。
动力电池最常用的为磷酸铁锂电池与三元锂电池，它们是动力汽车的心脏。由于动力电池由许多稀有金属组成，加之专利技术的组合，所以是最贵的部件。
动力电池中的Ni、Co、Mn等有价金属的平均含量要高于原生矿石的平均含量，所以从动力电池中回收有价金属是个不错的选择。据ReportLinker预测，全球电池回收市场规模预计将在2020—2024年增长57.7亿美元（约合人民币404亿元），年均复合增长率将达9%。国际能源署预计，2030年左右全球锂离子电池回收市场将增长到200亿欧元（约合人民币1648亿元）。
锂电的回收方法目前大概分为湿法浸出工艺与金属离子分离技术。湿法浸出工艺又分为化学浸出法（一步浸出法和两步浸出法）、微生物浸出法和氨浸工艺法；金属离子分离法又分为电化学工艺、萃取工艺和沉淀工艺。
化学浸出法
通常，正极材料中的Ni、Co、Mn等金属氧化物粉末的纯度很高。金属离子可以通过浸出工艺从金属氧化物粉末中转移到溶液中形成原料液。主要的化学浸出法分为一步浸出法和两步浸出法。
一步浸出法
一步浸出法主要采用H2SO4、HCl、HNO3这种无机强酸，配合H2O2作还原剂，以及与无还原性的无机强酸联用。在无机酸浸取废旧正极材料中有价金属离子的过程中，H2SO4、HCl和HNO3都是强酸，所以无机酸—还原剂体系的浸取过程对浸出设备要求比较高，所以近年来开始考虑探索用有机酸代替无机酸，如柠檬酸、苹果酸、草酸、琥珀酸和抗坏血酸等。在有机酸浸出过程中，酸浓度、还原剂量以及温度都会对浸出结果产生影响。有机酸—还原剂浸出体系操作方法简单，对设备腐蚀性小且对环境相对友好，反应速率快，浸出率高。
两步浸出法
两步浸出法是先将废旧锂电池正极材料置于NaOH中进行碱煮，然后在进行酸浸处理。这种方法能有效地将电极活性物质和Al进行分离，从而减少后续分离纯化过程的影响，但是碱浸过程中回收到的氢氧化铝质量和本身价值都不好，碱浸后的废液还需要用酸处理。
微生物浸出工艺
微生物浸出工艺主要是利用特定的微生物以及微生物代谢产物的络合、还原、氧化。微生物浸出工艺可以分为直接作用和间接作用。直接作用就是利用微生物分泌的酸性物质提供H+使得正极材料中有价金属离子得以溶解浸出，同时细胞内的氧化酶系统产生氧化的氛围；间接作用主要是利用微生物优先氧化部分金属离子，再利用氧化的离子提供氧化氛围，使得有价金属离子得以浸出。
微生物浸出工艺具有浸出率高、对环境友好、工业要求少、工艺简单且浸出成本低等优点，有很好的前景。但微生物容易在高浓度金属浓度下中毒失活所以浸出率受到限制。同时，微生物的生长周期长，容易被污染，不容易培养，应用于大规模工业化还有一定的局限性，目前仍处于研究阶段。
氨浸工艺
氨浸工艺常用来对Cu、Ni、Co进行浸出，在此过程中不会产生二次浪费，氨浸工艺对复杂电子垃圾的湿法处理具有重要意义。氨—硫酸铵—Na2SO3体系浸出正极材料，得到Ni、Co、Li的浸出率均达到98.6%，而Mn的浸出率仅为1.36%。通过氨水浸出回收Co，成本比NaOH低，同时通过添加氨提高浸出溶液的pH值，可以使Mn和Al分离，使得氨浸出工艺具有一定的竞争优势。
金属离子分离技术
在湿法冶金技术中，浸出后的有价金属元素均以离子状态存在于浸出液中，想要进一步资源化，还需要选择性地将不同的有价金属Ni、Mn、Co、Li等进行分离，目前最常用的方法有电化学法、萃取工艺、沉淀工艺等。
电化学工艺
电化学工艺主要依据电解原理，阴极为废旧正极材料，阳极为铅板，通过电解的方式浸出废旧正极材料中的Ni、Mn、Co、Li等有价金属。电解时阳极会发生氧化反应，阴极发生还原反应（替代H2O2的作用），同时铝箔在还原性氛围中无法发生溶解。再回收构成中无需其他的萃取剂和添加剂，为提取有价金属创造了条件。
电化学工艺不需要添加其他物质，与其他工艺相比回收的物质纯度较高，但会发生共沉积且能耗高。
萃取工艺
萃取工艺是指借助有机萃取试剂萃取废旧锂电池中的有价金属，常用的萃取剂有磷酸三丁酯、膦酸酯、2—乙基己基膦酸单 2—乙基己基酯、二(2, 4, 4—三甲基戊基) 次磷酸、二—(2—乙基己基磷酸)、三辛胺、2—羟基—5—壬基苯甲醛肟等。
经研究发现，混合萃取剂萃取效果明显优于单一萃取剂。萃取法回收有价金属，能耗低、金属分离纯度高、操作简单。但是该方法需要大量的萃取试剂，使用后的萃取液处理不当会造成环境污染，同时萃取剂价格较高，所以萃取法又有一定的局限性。
沉淀工艺
沉淀法是在湿浸法浸出后的浸出液中加入沉淀剂，目标金属离子以不溶化合物的形式沉降，达到金属分离的目的。沉淀剂一般有草酸、高锰酸钾等。
通过沉淀法分离浸出液中的有价金属，金属的回收率较高且成本低，适用于工业。主要的问题是产物纯度低，因此需要控制有价金属离子沉淀析出的顺序，从而提高产品纯度。
总结
在提倡节能环保的今天，锂电被广泛应用于便携式电子设备的电源以及电动汽车的动力能源，但根据目前的回收技术，废旧电池的回收确实处于“高投入低回报”的尴尬境地。如果要实现自动化拆解生产线，前期需要投入大量资本。就目前来看，正规企业由于前期投入大，需要数量足够的多、价格足够便宜的电池来分摊成本，这一点还较难实现。为了建立完整的动力电池的生命周期闭环，需要各方面的积极协作。国家应该统一规划布局，规范约束动力电池回收市场。
参考资料:
练俊杰.锂电池中有价金属浸出回收工艺研究.2020
高端，王继芬. 废旧锂电池中有价金属的湿法回收技术研究进展.2020
（中国粉体网编辑整理/星屑）
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