废旧锂离子电池回收利用处置现状及对策_王丽君

2. 2 回收技术较为落后，水平有待提高
我国现有的废旧锂离子电池回收企业，主要集中在珠三角 和长三角地区，回收工艺技术较为落后，分类拆解主要依靠人 工进行，生产效率相对较低，易造成二次污染。回收物质主要 为钴、镍、铝、铜等价值较高的金属，原材料来源多为电池生 产企业的废旧电芯或报废极片，针对市场销售的废旧锂离子电 池尚未建立有效的回收机制和渠道，回收水平有待提高。
1 废旧锂离子电池现状
1. 1 废旧锂离子电池的主要组成和危害
锂离子电池主要ห้องสมุดไป่ตู้正极、负极、电解液、隔膜、外包装物 组成。正极由正极活性物质、导电剂碳黑、粘结剂、铝箔、铝 极耳构成，负极由 负 极 活 性 物 质、 导 电 碳 黑、 粘 结 剂、 铜 箔、 镍极耳构成，电解液主要由六氟磷酸锂、碳酸乙酸酯（ EC） 、碳 酸丙烯酯（ PC） 等有机溶剂组成，隔膜主要为聚乙烯 （ PE） 、聚 丙烯（ PP） 材质，外包装物有聚合物铝塑膜、钢壳、铝壳等。
减小废旧锂离子电池的环境影响程度，源头在于改善生产 原材料。通过降低钴酸锂的使用量，提高锰酸锂、镍酸锂的使 用水平，可有效降低钴金属对环境的毒性污染。此外，开发新 品种正极活性物质，减少金属元素的使用量，也是未来科技发 展的新方向。
3. 2 提高废旧锂离子电池的回收利用率
锂离子电池的正极活性物质主要以钴酸锂、镍钴锰酸锂、 锰酸锂等为主，负极活性物质以石墨为主，具有较大的回收利 用价值，提高 锂 离 子 电 池 的 回 收 利 用 率 可 有 效 降 低 最 终 处 置 量。目前，国内已有部分厂家开展了回收利用经营，利用回收 的废旧锂离子电池生产氢氧化镍、氢氧化钴等成品，有助于资 源的有效利用。
Key words： spent lithium － ion battery； treatment and disposal； environment pollution
自 20 世纪 90 年代商业化锂离子电池问世以来，锂离子电 池产业在全球范围内迅速发展，我国锂离子电池的生产也进入 了黄金期。截止 2012 年，我国锂离子电池产量接近 40 亿只， 已成为世界上最大的锂离子电池生产、消费和出口国［1］。锂离 子电池大规模应用于手机、笔记本电脑、数码产品，已成为人 们日常生活中必不可少的组成部分。随着锂离子电池在电动工 具、电动汽车、储能电池等方面的工业应用，锂离子电池的需 求也将不断加大，呈现快速发展。与此同时，大量废弃锂离子 电池如何进行回收利用和处置的问题也提上了日程。锂电池中 的六氟磷酸锂、有机溶剂、钴镍等重金属物质，在回收利用及 填埋、焚烧最终处置过程中若进入环境，会对环境造成污染， 威胁人类身体健康［2］。因此，对废旧锂离子电池的安全回收和 处置需高度重视。
离子筛法是采用 λ － MnO2 离子筛从电池中分离回收锂的方 法。通过去除电池外包装，将裸电芯浸泡于盐酸中溶解，通过 调节体系 pH 值，过滤得到含金属液； 离子筛可对钴、镍、锂 等金属离子进行选择性吸附，吸附后的离子筛可用盐酸洗脱， 得到富集金属［9］。
生物浸出法一般采用无机嗜酸菌，例如氧化亚铁硫杆菌， 无机嗜酸菌利用单质硫和亚铁离子作为能量来源，浸出液中生 成硫酸和铁离子代谢物，这些代谢物可促进电池中金属溶解， 实现金属 与 杂 质 的 分 离 与 回 收。与 其 他 方 法 相 比， 该 法 成 本 低、操作性强、环境影响小，但在菌种选择培养，浸出条件控 制，生物浸出机理方面还需加强研究［10］。
2. 3 环境保护积极性有待加强
目前相当部分的锂离子电池制造商、销售商和消费者认为 锂离子电池对环境危害小，对其回收利用处置缺乏深刻认识， 积极性不高。因此，应出台相应政策，面向公众加大废旧锂离 子电池污染特性宣传，引起社会重视，从而提高废旧电池回收 处置的积极性，建立生产、销售和使用在电池回收利用中的责 任义务关系。
摘 要： 介绍了锂离子电池的主要结构，废旧锂离子电池国内外回收利用处置现状和主要方式，通过分析废旧锂离子电池
处置过程对环境的影响，说明我国废旧锂离子电池处理处置中存在的不足，提出了加强废旧锂离子电池处理处置污染防治、提高 综合利用的建议。
关键词： 废旧锂离子电池； 利用处置； 环境污染
中图分类号： X705
湿法处理主要包括酸碱浸出法、溶剂浸泡法、化学沉淀法 等。溶剂浸泡法一般采用二 － （2 － 乙基己基） 磷酸（ D2 EHPA） ， 二（2，4，4 － 三甲基戊基） 次磷酸（ Cyanex 272） ，三辛胺（ TOA） 等作为溶剂，这些溶剂常用于湿法冶金过程中提取金属，可有 效回收钴、铜、锂等金属，适用于正极极片的回收［7］。酸碱浸 出法通过将拆解粉碎后的电极材料置于酸液或碱液中，金属以 离子态溶解于溶液，实现有用金属的资源回收，该法钴、锂元 素回收率 可 达 85% ～ 100% ，具 有 回 收 效 率 高 和 纯 度 高 的 优 点［8］。然而，湿法工艺存在能耗大，流程时间长，对设备要求 高，成本高等缺点。
新能源产 业 已 成 为 我 国 未 来 发 展 的 新 兴 产 业。 十 二 五 期 间，新能源产业被列为国家重点扶持产业之一，相继出台了一 系列发展政 策 和 补 贴 措 施，促 使 电 动 汽 车 行 业 获 得 了 较 快 发 展。与此同时，对废旧锂离子电池回收行业缺乏足够关注，尚 未出台有效扶持政策［12］，使得废旧锂离子电池回收行业与电动 汽车行业的发展相差甚远，不能满足社会需要，电池回收行业 长时间无法形成产业化和规模化经营，企业盈利水平较低，不 利于行业长远发展。
3 提高废旧锂离子电池回收利用及安全处置 水平的途径
3. 1 改进生产工艺，源头上实现污染物的减量化
现阶段锂离子电池的生产主要由配料、涂覆、裁切、裸电 芯卷绕组装、注液、预充化成等工序组成，生产过程中存在不 同程度的污染排放，主要表现为配料工序废有机溶剂、清洗设 备废水排放，涂覆工序有机溶剂挥发性排放，注液工序废电解 液及有机溶剂挥发排放等。此类污染可经由优化锂离子电池设 计和生产工艺予以改善，如提高电池内部空间利用率以减少包 装材料与边角废料产生，配料由油性体系 （ 即采用有机溶剂 N － 甲基吡咯烷酮） 改为水性体系 （ 即采用去离子水） 以减少 挥发性有机物的排放，优化电解液的注入量减少废液产生和污 染等［13］。通过优化工艺水平，实现源头上污染物排放总量的下 降。
第一作者： 王丽君 （1982 － ） ，女，工程师，主要从事锂离子电池研究与固体危险废物管理工作。
第 43 卷第 12 期
王丽君，等： 废旧锂离子电池回收利用处置现状及对策
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温下经酸液浸泡，钴、锂等有用金属物质可实现脱出分离。实 际处理中，对负极石墨一般采用热处理法使石墨与铜箔分离， 实现回收。对正极活性物质，重点在于两步热处理过程，即将 电池置于 100 ～ 150 ℃ 高温炉中加热处理，随后高速粉碎机中 粉碎拆解，通过振荡对粉碎电极材料筛选收集，500 ～ 900 ℃ 高 温煅烧去除粘结剂和导电剂，得到所需的钴、镍、锂等金属物 质［6］。
2 Ｒeconnaissance and Survey Institute of Ningxia，Ningxia Yinchuan 750021，China）
Abstract： The structure of lithium － ion battery，the main technology of treatment and disposal of spent lithium － ion battery and their development were introduced. The problem on treatment and disposal of spent lithium － ion battery in china was pointed out，through summarizing the effect of disposal of spent lithium － ion batteries on the environment. Suggestion was put forward on strengthening the pollution control and recycling level of spent lithium － ion battery.
1. 2 国内外废旧锂离子电池回收利用与处置现状
现阶段，废旧锂离子电池的回收过程主要为： ①电池预处 理过程，包括对电池分类、残余电量处理及粉碎拆解； ②正负 极活性物质与集流体分离； ③主要金属成分、电解液的回收及 再利用。资源化回收处理方法可分为干法、湿法、离子筛法和 生物法几大类［5］。
干法处理主要包括机械法、热处理法、机械化学法等。机 械法依据材料物理特性如密度、导电性，磁性等进行分离。热 处理法通常伴随着钴、锰类合金或其他金属合金的生成。机械 化学法采用研磨技术将锂离子正极钴酸锂晶体结构无序化，室
文献标志码： A
文章编号： 1001 － 9677（2015）012 － 0036 － 03
The Status and Solutions for the Treatment and Disposal of Spent Lithium － ion Battery
WANG Li － jun1 ，WANG Wei － guang2 （1 Hazardous Solid Waste and Chemicals Authority of Ningxia，Ningxia Yinchuan 750011；
2 我国废旧锂离子电池回收处置中存在的问题
2. 1 理念较为落后，政策扶持力度不足
当前舆论普遍认为锂离子电池是 “绿色电池”，丢弃后不 会对环境产生影响。但实际上，绿色是相对于镍镉电池、镍汞 电池而言，锂离子电池本身并非完全绿色，对其废弃后置之不 理，也会对环境造成影响。我国已于 2008 年出台 《通讯用锂 离子电池回收处理要求》 国家标准，但该标准缺乏强制执行 性，目前为止并未真正发挥出促进锂离子电池回收的作用，与 欧美发达国家存在较大差距。欧盟于 2006 年通过电池强制回 收令，要求从 2008 年开始，强制回收废旧电池，回收费用由 生产厂家负担； 2009 年开始，所有在欧盟境内销售的电池都必 须标明具体使用寿命； 2012 年前，欧盟境内 1 /4 的废旧电池须 被回收，到 2016 年这一比例要达到 45% ，根据欧盟设立的目 标，锂离子电池的回收率将达到 50% ； 在美国，加利福尼亚州 于 2006 年通过可充电电池回收行动法案，纽约州于 2011 年通 过纽约环境保护法律，要求电池制造商，进口商及销售商共同 合作，对电池建立回收处理制度［11］。
在所有组成物质中，以正极活性物质对环境的影响显著。 目前，大规模商业应用的正极活性物质主要有钴酸锂、镍钴锰 酸锂、锰酸锂等。锂离子电池通常由重金属、有机化合物和塑 料成分组成，其比例大致为钴 5% ～ 20% 、镍 5% ～ 10% 、锂 5% ～ 7% 、有机化合物 15% 、塑料 7% ，因生产商不同而有轻 微波动，具有较高的回收利用价值［3］。锂离子电池在拆解过程 中会产生废气、废液、废渣等污染，含六氟磷酸锂的有机电解 液和铜、镍等重金属物质经泄露后渗入垃圾、土壤中，会对地 表水、地下水、土壤 和 生 态 环 境 造 成 污 染， 危 害 人 类 自 身 健 康［4］。正确处理废旧锂离子电池，可以有效回收钴、锂等有价 金属，降低对环境的危害程度。从环境保护和资源循环利用角 度看，应着力 提 高 我 国 废 旧 锂 离 子 电 池 的 回 收 利 用 和 处 置 水 平。
第 43 卷第 12 期 2015 年 6 月
广州化工 Guangzhou Chemical Industry
Vol. 43 No. 12 Jun. 2015
废旧锂离子电池回收利用处置现状及对策
王丽君1 ，王伟光2
（1 宁夏固体危险废物和化学品管理局，宁夏 银川 750011； 2 宁夏遥感测绘勘察院，宁夏 银川 750021）