电动汽车的锂离子电池回收技术综述 | MDPI Energies

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摘要

近年来，全世界都在积极出台碳减排政策。因此，对能够满足排放要求的电动汽车的需求不断增加。新能源汽车数量攀升不仅增加了生产过程中的原材料消耗，需要处理的二手电动汽车和报废的锂离子电池数量也在增加。目前，回收工艺技术可能是处理报废的锂离子电池最优解之一。废物的回收和再利用将减少原材料生产和环境负担。

作者通过文献综述将“电动汽车锂离子电池回收”分为五个部分：回收工艺、电池组分、环境影响、经济评估和回收与再生。本文主要概述了回收的过程，重点讨论了电动汽车锂离子电池回收工艺技术的研发现状，并指出该领域的主要研究方向。

回收预处理

锂离子电池预处理回收工序可以提高锂离子电池中有价物质的回收效率，降低后续过程的能耗。该过程主要用于从电池外壳、隔膜、集流体、电解液、添加剂和连接件中分离出正极材料。预处理方法各不相同，但通常可分为实验/实验室规模或大型/工业规模方法。实验室规模的方法在活性物质分离和工艺效率方面表现优异，主要集中于浸出和/或后续金属回收。工业规模的方法在处理量方面更高，但金属分离的精制程度较低。

工业规模的研究中，研究人员通常会将放电、拆卸和分离 (对应于实验室规模的方法) 的三个步骤扩展为七个步骤：放电、拆卸、粉碎、分类、分离、溶解和热处理。

回收过程

目前研究较多的工业回收技术，包括火法冶金工艺、湿法冶金回收方法、直接回收工艺等。

德国 Accurec 公司开发了一种可以回收 LIBs 中几乎所有组件的流程。工作人员将电池分解为电芯组件、电子部件、电缆和塑料后，会将剩余的电池送至250°C下进行热解。随后，通过机械过程将铁磁钢、铝外壳、铝和铜箔与电极分离。并以通过真空热解通以纯金属形式回收锂，或通过锂的选择性气体蒸发以氧化锂形式回收锂。

火法冶金工艺

火法冶金回收技术使用高温炉来还原有价金属，并通过物理和化学转化对其进行精炼。回收 LIBs 的主要火法冶金工艺有焙烧、煅烧和熔炼。这些过程可以根据所需的气氛和使用的萃取机制进行分类。

最近正在渐渐地开始从碳热还原焙烧到盐辅助还原焙烧的转变。盐辅助焙烧可以通过降低蒸发结晶的过度能量需求来降低成本。此外，盐辅助焙烧可能会提高整个回收过程的效率，通过生产水溶性盐减少酸的消耗和有毒气体的排放。

表1. 火法冶金工艺的优缺点

湿法冶金工艺

不同湿法冶金技术已经被开发，用于回收不同化学成分锂离子电池的正极活性材料，包括锂钴氧化物 (LCO)、锂锰氧化物 (LMO)、锂镍锰钴氧化物 (NMC)、锂镍钴铝氧化物 (NCA) 和磷酸铁锂 (LFP)。整个湿法冶金过程是通过在液体介质中进行的物理和化学方法创建的，这允许这些金属的高回收率 (如图1所示)。

图1. 回收电池正极材料的湿法冶金工艺。

直接回收工艺

不同于湿法冶金工艺会将所有活性材料都溶解掉，直接回收工艺可以把锂离子电池所有材料都进行回收，并应用到新的电池中去。该工艺包括各种物理和化学步骤，用于电池分离的温度和能量要求较低。目前该技术还没有商业化。

Retriev 公司所获得专利的容量恢复率可以达到95%，其中工艺包括破碎和筛分流程，然后在500°C下进行热处理，以进行碳表面改性和聚偏二氟乙烯的消耗。

特殊回收工艺

将 LiCoO₂/PVC/Fe 混合物共磨并进一步水浸。该工艺的产物包括，PVC 脱掉的氯与锂生成可回收的氯化锂 (LiCl)，Co 与 Fe 反应生成磁性钴铁氧化物 (CoFe₄O₆)。这项研究作为环境友好型研究，可以带来一定的经济效应。

研究结论

目前，工业上使用最多的电池回收工艺是火法和湿法冶金。湿法冶金工艺只需要对放电电池进行机械预处理，如筛分和分离。而直接回收工艺甚至可以完全回收 LFP 材料。

未来几年的研究应侧重于直接回收工艺的全面应用，以提高其金属回收潜力，降低总工艺成本。作者认为当前的冶金工艺需要优化，而且使用这些回收技术可以减少环境负担。

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原文出自 Energies 期刊

Pražanová, A.; Knap, V.; Stroe, D.-I. Literature Review, Recycling of Lithium-Ion Batteries from Electric Vehicles, Part I: Recycling Technology. Energies 2022, 15, 1086. 

  Energies 期刊介绍

主编：Enrico Sciubba, University of Roma Sapienza, Italy

主要关注能源动力工程研究相关各个领域的最新研究成果、工程技术开发以及能源政策经济管理。

2021 Impact Factor	3.252
2021 CiteScore	5.0
Time to First Decision	16 Days
Time to Publication	39 Days

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本文撰稿人：滕勇强

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