废锂电池资源化利用及案例分析课堂展示

优点：使用液氮作为保护，同样提高了预处理过程的安全 性，避免了废旧电池在不当处理中发生起火爆炸等危险。
工业成熟资源化回收方法
GEM 工艺
回收处理工艺以湿法为主，通过酸浸 、萃取分离和纯化等步骤获得超细钴粉和 超细镍粉等高附加值产品，首先经过拆解 ，废旧锂离子电池分为了不锈钢外壳、正 极和负极 3 个部分，将拆解得到的废旧电 极材料经过酸浸变成溶液，经过萃取分离 和膜分离等技术，最后生成各种金属粉末 。
废锂电池回收流程——分离净化
电化学法 萃取法
沉淀法
碳酸钠 氢氧化钠 草酸铵
化学沉淀法主要用于处理酸浸溶液，选取合适 的沉淀剂和沉淀条件，将金属离子以沉淀的形式 分别分离出来，通常和溶剂萃取法连用，先将杂 质萃取后再用沉淀法，以减少沉淀中的杂质含量 。
Co 氢氧化钴和草酸钴沉淀 Li 碳酸锂沉淀
工业成熟资源化回收方法
优点：工艺简单、易操作，且对各种废旧电池具有通用 的效果，可以处理混合废旧电池 缺点：得到的再生材料纯度相对较低。
工业成熟资源化回收方法
Retriev 工艺
将废旧锂离子电池置于–200℃的液氮 中拆解，然后放入碱性溶液中以中和酸性 物质并溶解锂盐，再通过沉淀法将锂以 Li2CO3形式沉淀出来，Co 的化合物以浓 缩的形式回收出来。
[3] 孟奇, 张英杰, 董鹏, et al. 废旧锂离 子电池中钴、锂的回收研究进展[J]. 化工 进展, 2017(9).
[4] 卫寿平, 孙杰, 周添, et al. 废旧锂离 子电池中金属材料回收技术研究进展[J]. 储能科学与技术, 2017(6).
[5] 席国喜, 焦玉字, 路迈西. 废旧锂离子 电池资源化研究现状[J]. 再生资源与循环 经济, 2008, 1(1):38-41.
废锂电池回收流程 工业成熟资源化回收方法
总结与展望
1
锂电池工作原理及污染危 害
1.锂电池简介
锂离子电池的外壳为铝塑膜壳、不锈钢或镀镍钢 壳以及塑料壳等, 有方形和圆柱形等不同的型号。小 型锂离子电池的内部为卷绕式结构，而动力电池采用 更多的是叠片结构。锂离子电池是由正极、负极、电 解液、隔膜、外壳等组成，并且这种电池的正负极及 电解液的组成并不固定，如正极可以选用钴酸锂、锰 酸锂、三元材料和磷酸铁锂等材料，负极可以是石墨 ，也可能是合金材料或者是钛酸锂等。
废锂电池处理技术
综述与案例分析
参考文献
锂电池工作原理及污染危害
[1] 张笑笑, 王鸯鸯, 刘媛, et al. 废旧锂 离子电池回收处理技术与资源化再生技 术进展[J]. 化工进展, 2016, 35(12):4026-4032.
[2] 戴长松, 路密, 熊岳平, et al. 废旧锂 离子电池处理处置现状及污染防治对策 [J]. 环境科学与技术, 2013(S2):332-335.
工业成熟资源化回收方法
VAL’EAS 工艺
废旧锂离子电池不经过预处理，直接 进入到冶炼炉内，通过控制冶炼温度和时 间等条件以及后续的纯化步骤，获得高纯 度的 Ni 和 Co 的化合物，冶炼产出的矿 渣可用于建筑等工业领域，冶炼过程中产 生的有毒有害气体会经过后续处理，即使 用等离子生成器技术，通过净化后排出。
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废锂电池回收流程——分离处理
溶剂溶解法
基于黏结剂 PVDF 的极性，采用同 样具有极性的有机溶剂来溶解 PVDF，进而将活性物质与集流体分 开。 优点：对材料的破坏性小，分离效 率高，溶剂可回收重复利用。 缺点：溶剂的成本较高，且部分溶 剂具有一定的毒性。
超声清洗
废锂电池回收流程——回收利用
回收处理是整个工艺的核心，其目的是将不能直接利用的废旧固体正极粉末转化为溶液状态，以利于后 续的分离回收，主要方法即酸溶液浸取，酸浸中使用的酸还可以来自生物产酸过程，即生物淋滤。
生物淋滤原理是利用微生物分解产出的酸将体系拆解得到的组分选择性地溶解出来，得到含金属离子的 溶液，即利用生物代谢功能实现酸浸过程，最终回收有用金属。
废锂电池回收流程——分离净化
电化学法 萃取法
沉淀法
溶剂萃取法是一种研究较多的处理方法，其 利用特定的有机溶剂与金属离子形成配合物，对 不同金属离子进行分离和回收，也可以作为除杂 的方法去除少量的杂质离子。
废锂电池回收流程
废锂电池回收流程
预处理 分离处理 回收利用 分离净化
废锂电池回收流程——Hale Waihona Puke Baidu处理
1
放电
5
2
预处理
机械破碎
3
筛分
放电：废旧锂离子电池置于盐溶液中，如 NaCl 或 Na2SO4溶 液中，通过电解将电池的残余电量放完，一般放至电压在 2～ 2.5V 以下为止。
湿法破碎：容易将所有组分破碎成细小颗粒并混在一起，使得 后续分离较难，并损失大量活性材料 干法破碎：能够实现不同组分的特性分离，将活性材料与铝箔 有效分开，利于后续的化学处理。
锂电池工作原理： Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，产生了电流，该反应具有髙度的可逆性 。
1.锂电池简介
放电 电压高
比能量大 自放电小
循环 寿命长
无记忆 效应
1.锂电池简介
“绿色”电池——锂电池 • 2005 年，世界锂离子电池产量为20.5亿只； • 2012年高达58.6亿只； • 据估计到2020年锂离子电池产业将达到320亿美元产值。
2.废锂电池污染危害
2.废锂电池污染危害
废旧电池中的有毒有害物质一旦泄漏，进入土壤 、水体和大气，就会造成严重污染，钴、镍、铜、铝 、锰等金属还具有累积效应，通过食物链富集在人体 ，具有极大的危害性。因此，需对废旧锂离子电池进 行集中无害化处理，回收其中的金属材料，确保人类 的健康和环境的可持续发展。
筛分：通过不同筛子的目数大小将不同尺寸的物质分开，进而 将不同的活性物质分开。
废锂电池回收流程——分离处理
废旧材料 热处理
活性物质和集流体仍连接在一起 引入 Al、Cu 和黏结剂等杂质
溶剂溶解法
碱液溶解法
将电池组分中的黏结剂和碳材 料等烧掉，进而将活性物质分 离出来。 优点：简单易行，适合大规模 应用。 缺点：需要额外的废气处理过 程，同时能耗较大。
基于黏结剂 PVDF 的极性，采用同 样具有极性的有机溶剂来溶解 PVDF，进而将活性物质与集流体分 开。 优点：对材料的破坏性小，分离效 率高，溶剂可回收重复利用。 缺点：溶剂的成本较高，且部分溶 剂具有一定的毒性。
利用铝箔的两性性质，使用氢氧化 钠碱溶液将铝箔溶解，而活性物质 不溶于碱液，进而将二者分离。 优点：操作简单，效果好。 缺点：易残留较多的黏结剂和导电 碳等物质，在后续热处理时易产生 较多的氟化物。
优点：相对复杂，流程较多，但可以得到高纯度和高附 加值的产品，具有更高的经济效益，且可以实现锂离子 电池的闭路循环再生和利用。
总结与展望
总结与展望
产生量大 来源广泛 污染环境
特点
资源化
废锂 电池
案例
VAL’EAS 工艺 Retriev 工艺 GEM 工艺
预处理 分离处理 回收利用 分离净化