论文标题：Summary of Pretreatment of Waste Lithium-Ion Batteries and Recycling of Valuable Metal Materials: A Review

论文链接：https://www.mdpi.com/2297-8739/11/7/196

期刊名：Separations

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/separations

文章导读

废旧锂离子电池的回收利用日益受到关注。动力电池包含锂、镍、钴和锰等高价值金属材料，对其进行回收利用能够显著提高资源利用率，降低电池生产中的材料成本。另一方面，电池中金属材料的富集使得其在自然条件下难以降解，电解液中的某些物质在降解过程中会产生有害气体，妥善处理废旧锂离子电池对于社会发展和生态保护至关重要。

四川大学化学工程学院张国权副教授团队在 Separations 期刊上发表了文章，总结了不同的预处理技术和有价值的金属回收途径，并从经济成本、环境效益以及工业化程度等不同角度进行了考量。

主要内容

一、预处理技术

废锂离子电池预处理包括放电处理、均匀粉碎和杂质去除。在对废旧锂离子电池进行机械处理之前，电池必须先经过放电处理，以降低后续过程中电池发生爆炸的风险。通常情况下，会使用氯化钠和硫酸亚铁溶液对回收材料进行浸泡处理。

电池分类技术主要有三种主要方法：直接筛分法成本低且能有效分离金属外壳和电极材料。然而，由于其机械结构，无法对过小的颗粒进行细分。磁筛选是一种有效的分离废旧锂离子电池金属外壳和内部组件的方法，这种方法能够实现废旧锂离子电池的环保且高效的回收利用。但设备成本较高，大规模使用时需要考虑经济成本。浮选法充分利用了不同物质的亲水性和疏水性特性。然而，它会受到电池隔膜的影响，从而导致效率降低。而芬顿试剂是解决这一问题的一个好方法。

二、材料回收技术

1.火法冶金技术与湿法冶金技术结合

火法冶金技术是处理废弃物资源的经典方法。然而，火法冶金技术会产生大量的有害气体和废水，并且在熔炼过程中，会有大量有价值的金属材料损失。越来越多的学者开始关注火法冶金与湿法冶金的结合应用，利用火法冶金的特点来省去复杂的预处理步骤，同时利用湿法冶金来提高金属回收率（如图 1 所示）。

图1. 废锂离子电池湿法火法回收工艺示意图

2.无机酸湿法冶金技术

与火法冶金技术相比，湿法冶金技术的应用范围更广，回收效果也更好。湿法冶金方法大致可分为两类：无机酸浸出法和有机酸浸出法。

无机酸浸出是一种从废旧锂离子电池材料中提取高纯度贵重金属的成熟技术，主要利用了盐酸、硝酸和硫酸等溶液。Wang等人使用硫酸作为提取剂来处理废旧锂离子电池。让锂、钴、镍、锰等有价值的金属元素被浸出。Barik等人研究了盐酸（HCl）作为浸出剂以及次氯酸（HClO）作为杂质去除剂对废旧锂离子电池材料提取效果的影响。Dorella等人使用硫酸（H₂SO₄）和过氧化氢（H₂O₂）作为浸出剂来浸出锂钴氧化物电池的阴极材料。

利用无机酸对废旧锂离子电池进行湿法冶金处理是一种有效、稳定且应用广泛的方法。该萃取剂成本效益高，萃取效率高。然而，其对设备有很强的腐蚀性，并且萃取剂的重复使用性能较差。从经济角度来看，无机酸萃取是一种前期投资较小的技术，但后期设备维护成本较高。从环境角度来看，该方法会产生大量的废水和复杂的废气。

3.有机酸浸出法

有机酸的湿法冶金过程主要分为预处理、萃取、分离和反萃取（如图 2 所示）。Meng等人研究了利用苹果酸作为萃取剂从废旧锂离子电池中提取有价值的金属的方法；Pant 和 Dolker在他们的研究中提议使用柑橘汁（CJ）成分来帮助处理废旧锂离子电池；Sun等人通过将马来酸和 SnCl₂ 结合使用来对 LiCoO₂ 进行浸出处理。Rouquette利用不同过渡金属盐在草酸中的不同溶解度实现了选择性萃取。

有机酸浸出法能够在更温和的浸出条件下，在更极端的 pH 值环境下实现无机酸的提取效果，这能够降低设备的腐蚀速率。

图2. 废锂离子电池的有机酸湿法冶金处理工艺

4.直接回收技术

直接回收方法主要包括低压熔融溶剂锂化、水热锂化、电化学方法、固相方法等。直接回收利用是一种新兴技术，具有显著减少化学试剂使用量并实现环保的效果潜力。此外，它对特定金属离子具有很强的选择性，并在实验室环境中已展现出良好的效果。然而，目前这项技术仅在实验室范围内进行小规模研究，尚未在工业层面得到应用。目前，阴极材料的处理方式尚不可行。

5.生物冶金法

生物冶金主要包括四个主要步骤：生物浸出、生物吸收、生物选择和富集，以及废弃物生物处理。Roy等人在特定条件下研究了 A. ferroxidase 的提取效果，通过控制菌液量、pH 值、液体比例、温度和转速来确定最佳提取条件。Bahaloo-Horeh等人使用了糖浓度为 26.478（克/升）的黑曲霉，接种量为 3.45%（体积/体积），pH 值为 5.44，实现了 100%的铜提取率、100%的锂提取率和 77%的锰提取率。

生物冶金技术在提高选择性、提升提取率以及减少实验室环境中的污染方面展现出了良好的前景。然而，目前其成本较高，且其效率相较于传统技术并没有太大的优势。

6.材料回收技术综述

目前回收材料的主要方法是火法冶金和湿法冶金。直接修复技术和生物冶金需要较长时间的发展才能实现工业化。短期内，废旧锂离子电池的回收应侧重于开发使用有机酸的湿式燃烧混合和湿法冶金技术。从长远来看，生物冶金技术可能会为锂离子电池的回收提供一种更环保的途径（表1）。

表1. 各种回收技术的综合评价与发展综述

研究总结

本文总结了废锂离子电池预处理和有价金属回收的各种方法以及可能的发展方向，为未来的相关研究提供了参考。

原文出自 Separations 期刊

Li, L.; Li, Y.; Zhang, G. Summary of Pretreatment of Waste Lithium-Ion Batteries and Recycling of Valuable Metal Materials: A Review. Separations 2024, 11, 196.

https://www.mdpi.com/2297-8739/11/7/196#B6-separations-11-00196