废弃锂离子二次电池的再生技术进展

摘要 介绍了废弃锂离子电池的再生利用技术现状。目前主要是应用湿法冶金技术回收电极材料中的有价金属，如锂、钴、镍等，另外随着锂离子电池的发展以及对之研究的深入，也开始对失效的电极材料进行修复的探索。对锂离子电池研究的不断发展将促进再生技术朝多元化方向发展，而锂离子电池使用的迅速增长将使这一产业具有广阔的前景。
关键词 锂离子二次电池 再 生 湿法冶金技术 修复技术
Advances in the recycling of spent lithium-ion secondary batteries Jin Yujian, Mei Guangjun. Department of Environmental Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan Hubei, 430070)
Abstract: Advances in the recycling of spent lithium-ion battery was reviewed in this paper. At present, the primary method was hydrometallurgical techniques. This process was used to recover valuable metals contained in cathodic material, such as lithium, cobalt, nickel, etc. It includes two important steps: chemical leaching of cathodic material and separation of metals in leachate by solvent extraction. Otherwise, renovation of cathode is also being researched, and this method is based on the inner structure of cathodic material and its preparation. Renovation is a new idea to recycle spent lithium-ion batteries and it seems to be a potential technique. As the increase using of lithium-ion battery, it is necessary and benefice to consider the recycling of the cells. Meanwhile, the studying development of lithium-ion cells and correlative techniques will promote the recycling.
Keywords: Lithium-ion battery Recycling Hydrometallurgical technique Renovation
锂离子二次电池与其他电池相比具有许多无可比拟的优越性，因此得到广泛的应用，尤其是在移动通讯领域的使用急剧增加。国际电源商情的调查数据显示：2000年，全世界锂离子电池的产量为5.41亿只，预计2005年达到9.5亿只。2002年世界锂离子电池销售收入增长超过了30％，突破30亿美元。由于镍氢电池和镉镍电池市场的逐渐萎缩、手机、数码相机、PDA和便携摄像机等消费和移动电子产品的继续走强，预计2003～2006年世界锂离子电池生产规模复合增长率将达到23.0％，销售收入复合增长率将达到12.25％；2007～2010年锂离子电池产业进入相对平稳增长阶段，预计生产规模复合增长率为9.85％，销售增长率为5.85％。中国锂离子电池产量2002年已经达到2.7亿只，全球市场份额达到20％以上，2000～2003年，中国锂离子电池产业迅速成长，平均增长速度超过140％，未来几年，中国的锂离子电池产业仍将保持年均30％以上的增长速度。在锂离子电池的应用方面，除了手机和笔记本电脑继续占据前两位外，在便携摄像机、数码相机和PDA三者中的应用也占到了超过10％的市场份额。锂离子电池在日本的应用比例大致如下：手机，57.4％；笔记本，31.5％；摄像机，7.4％；其他，3.7％。在中国市场上，手机用电池的比例要高的多。
锂离子二次电池是指分别用两个能够可逆地嵌入与脱出锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。电池充电时，锂离子从正极中脱出，嵌入负极；放电时锂离子从负极脱出，嵌入正极。在两极之间安置电解液和隔膜作为锂离子迁移的介质。以具有石墨化结构的碳为负极、氧化钴锂为正极的锂离子二次电池为例，其充放电过程的电极反应如下（其中：0≤x≤0.5）[1]： 

锂离子二次电池的负极材料一般选择电位尽可能接近锂电位的能让锂离子嵌入和脱出的物质，如金属锂、炭素材料（焦炭和石墨等）和一些金属氧化物。正极材料则选择相对锂而言电位高于3.5 V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物，如LiCoO2、LiNiO2、LiVO2及LiMn2O4等。目前，锂离子二次电池中使用的负极材料多为石墨，而正极材料使用最多的是LiCoO2，它也是最早商品化的锂离子二次电池的正极材料。此外，随着对锂离子电池正极材料研究的深入，人们在LiCoO2中掺入少量的镍，以它们的混合氧化物(LiCoxNi1-x O2,0 <x <1)作为正极材料用于锂离子电池的生产。目前最常用的以LiCoO2为正极材料的锂离子电池中含有钴酸锂、六氟磷酸锂、有机碳酸酯、炭素材料、铜、铝等化学物质，其中各种金属含量如表1所示（手机用电池）。
表1 常见锂离子电池中金属含量[2] 

由于电池中含有较多的金属元素，而且其中的钴是一种稀有的贵重金属，在各种矿中的含量很低，资源稀少，而它在锂离子电池中的含量则相对较高，因此目前对于锂离子电池再生技术的研究，主要是考虑回收其中的金属，特别是钴等贵重金属。
2 湿法冶金再生工艺
目前锂离子电池的再生工艺研究，较为成熟、经济可行的是湿法冶金工艺，其主要的工艺流程如图1所示。 2.1废电池的预处理