回收和循环利用成难题
部分认为,从环境治理和资源利用角度来看,废旧动力电池回收和循环利用将成新能源汽车产业的重要一环。
业内人士介绍,现有动力电池产能中,磷酸铁锂电池占主流。值得注意的是,受特斯拉热潮带动,国内也有部分企业探索将三元材料比如NCM(镍钴锰)和NCA(镍钴铝)用于动力电池。从2014年开始,国内陆续有用于乘用车的三元动力电池产线投产。
中国科学院过程工程研究所研究员曹宏斌告诉记者,2013年之前,国内铅酸电池回收行业出现严重问题,缺乏的个人和小作坊非法回收铅酸电池,直接排放废弃酸液,对环境造成严重污染,教训十分惨重。
“以动力电池电解液中的六氟磷酸锂为例,这种溶质在空气环境中*水解产生五氟化磷、氟化氢等有害物质,对人体、动植物有强烈腐蚀作用,因此要特别注意溶剂和六氟磷酸锂的处理。稍有不慎,较有可能带来‘二次污染’,甚至灾难性后果。”李长东说。
尽管污染就像“达摩克利斯之剑”高悬头上,但另一方面,废旧车用动力电池又是价值的“城市矿产”,如果利用得当,不仅能减少环境污染,还能“变废为宝”,避免资源浪费。
*大学核能与新能源技术研究院研究员徐盛明说,动力电池需要的钴、镍、锂等原材料都是非常重要的战略资源,目前我国80%的钴以及70%的锂、镍资源都依赖进口。
动力锂离子电池的一般使用寿命约为8年,但车用动力锂电池的容量衰减至80%以下时就会被废弃,实际使用时间约为3-6年。在对这些废弃的车用动力锂电池进行材料或能量的回收前,还可以把它们用于电网储能或作为低等级的动力源,建立电池梯级的二次利用体系,充分发挥动力锂电池的社会经济效益。”徐盛明说。
锂离子电池材料回收利用技术:按提取工艺分类,锂电池的回收方法主要可分为:干法回收、湿法回收和生物回收3大类技术。
1、干法回收:干法回收是指不通过溶液等媒介,直接实现材料或有价金属的回收。其中,主要使用的方法有物理分选法和高温热解法;
2、湿法回收:湿法回收工艺是将废弃电池破碎后溶解,然后利用合适的化学试剂,选择性分离浸出溶液中的金属元素,产出高品位的钴金属或碳酸锂等,直接进行回收。湿法回收处理比较适合回收化学组成相对单一的废旧锂电池,其设备投资成本较低,适合中小规模废旧锂电池的回收。因此,该方法目前使用也比较广泛;
3、生物回收:Mishra等利用无机酸和嗜酸氧化亚铁硫从废旧锂离子电池中浸出金属,并利用S和亚铁离子(Fe2+),在浸出介质中生成H2SO4、Fe3+等代谢产物。
电动汽车的动力电池性能会随着充电次数的增加而衰减,当电池容量衰减至额定容量的80%以下时,动力电池就不适于应用在电动汽车上,这意味着其在电动汽车上的使用寿命终止。如果直接将电池淘汰,必将造成资源的严重浪费,同时也会导致环境污染。
目前市场上常用的锂离子电池中正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰和磷酸铁锂等。广泛应用的方法是将正极材料加入到硫酸、硝酸、盐酸中并加入还原剂,浸出活性物质中的有价金属。CN101519726A公开了将钴酸锂正极材料在500~850℃焙烧脱胶,再与及硫酸盐混合调浆,进行二次焙烧,使铜、钴等金属转化成可溶于水的硫酸盐。CN103762393A公开了将放电、粉碎、氧化后的物料和硫酸铵焙烧,随后再经酸溶、过滤。CN104466292A公开了废钴酸锂粉末与硫酸氢钠混合、焙烧,随后再随水浸出的工艺。这些方法均先将废旧锂离子电池材料进行焙烧,将废旧电极材料结构进行破坏,利于后续浸出。由于废旧锂离子电池在拆解、分解过程中,电极材料中不可避免地夹带了非电解液和塑料,这些物质在焙烧过程中会分解产生含氟、含体,给环境造成危害。因此,开发一种环境友好的废旧锂离子电池材料回收预处理方法意义。
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