電池關(guān)鍵材料回收技術(shù)匯總

時間:2025-06-27 10:25來源:未知 作者:子蕊
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一、濕法冶金:鋰鈷鎳分離的精準博弈

 

在新能源電池回收領(lǐng)域,濕法冶金技術(shù)憑借其高效的金屬分離能力,成為關(guān)鍵材料回收的核心手段。其中,P204/P507 萃取體系是實現(xiàn)鋰鈷鎳分離的經(jīng)典工藝,其核心在于通過選擇性萃取實現(xiàn)金屬的高效分離。

 

(一)P204/P507 萃取體系的技術(shù)邏輯

 

萃取劑的協(xié)同作用
P204(二 (2 - 乙基己基) 磷酸)和 P507(2 - 乙基己基膦酸單 2 - 乙基己酯)是兩種常用的酸性萃取劑。在酸性條件下,P204 優(yōu)先吸附鐵、鋅等雜質(zhì),為后續(xù)鎳鈷分離開路;而 P507 則通過精確調(diào)控 pH 值,實現(xiàn)鈷的選擇性萃取。例如,在 pH=2.5 時,P507 對鈷的萃取率可達 95% 以上,而鎳的留存率超過 98%。

皂化率控制:工業(yè)生產(chǎn)中,P204 和 P507 的皂化率通?刂圃 60%-70%。若超過 80%,有機相可能出現(xiàn)發(fā)黑、發(fā)粘等問題,導(dǎo)致萃取效率下降。

多級逆流萃。和ㄟ^ 5 級串聯(lián)工藝,鎳萃取率可從單級的 85% 提升至 99.5%,鈷的共萃率控制在 0.5% 以下。例如,山東聯(lián)萃 LC 系列離心萃取機采用獨立混合室設(shè)計,避免了傳統(tǒng)環(huán)隙式萃取機的乳化問題,能耗降低至 12 kW/m³,較傳統(tǒng)設(shè)備減少 70%。

 

離心萃取機的應(yīng)用突破
離心萃取機利用高速旋轉(zhuǎn)(5000-8000 rpm)產(chǎn)生的離心力(重力的 1000 倍以上),使密度差僅 0.03 g/cm³ 的液相在毫秒級時間內(nèi)完成混合與分離。例如,安徽某金屬材料公司采用 LXC-50 型離心萃取機,從含鎳鈷的浸出液中制備電池級硫酸鈷,萃取率達 99%,雜質(zhì)含量低至 5ppm。

 

(二)鋰鹽制備的純度控制

 

浸出與沉淀工藝
鋰鹽(碳酸鋰、氫氧化鋰)的制備需經(jīng)歷浸出、除雜、沉淀等環(huán)節(jié)。以碳酸鋰為例,北京科技大學(xué)王成彥團隊開發(fā)的還原相轉(zhuǎn)化技術(shù),通過向粗制碳酸鋰水溶體系中通入 CO₂,將碳酸鋰轉(zhuǎn)化為可溶于水的碳酸氫鋰,實現(xiàn)常溫、低液固比下鋰的高效浸出,鋰浸出率達 90% 以上,比傳統(tǒng)流程高 40%。

深度凈化:采用樹脂吸附技術(shù)去除微量鈉、鈣等雜質(zhì),確保再生碳酸鋰純度達到電池級標準(GB/T 11075-2013),殘留雜質(zhì)<10ppm。

 

檢測技術(shù)的精準支撐
離子色譜技術(shù)(IC)在鋰鹽純度分析中發(fā)揮關(guān)鍵作用。瑞士萬通的智能離子色譜系統(tǒng)通過碳酸根體系,可精準檢測六氟磷酸鋰中的氯離子和硫酸根,確保電解液純度。

 

二、黑粉回收:電極粉末的價值重構(gòu)

 

黑粉是拆解后的電極粉末,富含鋰、鈷、鎳等有價金屬。其回收技術(shù)的核心在于物理分選與化學(xué)提純的協(xié)同應(yīng)用。

 

(一)多級破碎 - 篩分 - 比重分選系統(tǒng)

 

物理分選流程

  • 熱解預(yù)處理:物料經(jīng) 600-800℃高溫?zé)峤,分解電解液、粘結(jié)劑等有機物,使電池內(nèi)部組分呈現(xiàn)松散狀態(tài)。

  • 三級破碎篩分:通過 20 目、60 目、200 目篩網(wǎng)的階梯式篩分,黑粉總回收率≥90%,銅鋁回收率≥95%。例如,某集成化回收系統(tǒng)通過三次篩分、兩次破碎與比重分選的協(xié)同作用,黑粉回收率較傳統(tǒng)工藝提升 40% 以上。

  • 比重分選提純:采用氣 - 振復(fù)合式比重分選機,通過 3.5m/s 氣流速度與 15Hz 振動頻率的協(xié)同作用,實現(xiàn)銅(8.96g/cm³)與鋁(2.7g/cm³)的高效分離,純度達 98% 以上。

干法回收技術(shù)的創(chuàng)新
瑞科美開發(fā)的全流程 “干法” 回收技術(shù)通過物理方法實現(xiàn)高效回收,避免了傳統(tǒng)濕法的污染問題。該技術(shù)通過智能拆解、極片分離和除雜控制,直接從廢舊電池中提取磷酸鐵鋰粉末,再生后的材料性能與全新電池?zé)o異,能耗僅為 1.1 度 / 千克,碳排放 0.7 千克 / 千克,較濕法和火法分別降低 87% 和 71%。

 

(二)原位修復(fù)技術(shù)的突破

西南科技大學(xué)宋英澤團隊提出的丙三醇重構(gòu)策略,通過羥基的電子供體作用和螯合特性,實現(xiàn)廢舊磷酸鐵鋰黑粉的直接再生。實驗表明,再生后的材料在 5.0 C 倍率下循環(huán) 500 次后,放電容量為 123.2 mA h・g⁻¹,保持率達 93.1%,性能接近商業(yè)水平。

 

三、固態(tài)電池回收:下一代技術(shù)的挑戰(zhàn)與機遇

 

固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù),其回收面臨獨特挑戰(zhàn),但也孕育著前沿技術(shù)突破。

 

(一)回收難點與技術(shù)瓶頸

 

材料多樣性與結(jié)構(gòu)復(fù)雜性
固態(tài)電池的電解質(zhì)分為聚合物、硫化物、氧化物三類。其中,硫化物電解質(zhì)對水分敏感,需在惰性氣氛下處理;氧化物電解質(zhì)則需解決與電極材料的分離難題。此外,全固態(tài)電池?zé)o隔膜設(shè)計,極片邊緣易破碎,增加了拆解難度。

 

高成本與工藝適配
硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料成本高達 2 萬元 / 公斤,且電芯制造需超高壓致密化,導(dǎo)致回收成本居高不下。同時,傳統(tǒng)濕法冶金工藝難以直接適配固態(tài)電池的材料體系。

 

(二)前沿技術(shù)探索

 

固態(tài)電解質(zhì)鋰提取技術(shù)
耶魯大學(xué)和萊斯大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn),NASICON 型固態(tài)電解質(zhì)膜在鋰提取中表現(xiàn)出極高的選擇性。在電場作用下,鋰離子通過無水跳躍穿越晶格結(jié)構(gòu),競爭離子(如鈉、鎂)幾乎無法穿透,鋰提取比能量消耗遠低于納濾膜。

 

熔融鹽萃取技術(shù)
針對硫化物固態(tài)電池,開發(fā)熔融鹽萃取技術(shù)(溫度 400℃),可實現(xiàn)鋰的高效分離(Li⁺萃取率>95%)。該技術(shù)通過熔融鹽的高離子傳導(dǎo)性,解決了固態(tài)電解質(zhì)與電極材料的分離難題。

 

干法回收的擴展應(yīng)用
瑞科美的干法回收技術(shù)可擴展至固態(tài)電池,通過物理破碎和篩分,實現(xiàn)電極材料與固態(tài)電解質(zhì)的初步分離,避免化學(xué)處理的高污染風(fēng)險。

 

四、未來趨勢:綠色技術(shù)與產(chǎn)業(yè)整合

 

(一)智能化與數(shù)字化升級

AI 視覺分揀技術(shù)通過深度學(xué)習(xí)模型識別電池外觀缺陷,準確率超 99%,分揀速度提升至 300 顆 / 分鐘。數(shù)字孿生工廠通過虛擬仿真優(yōu)化回收流程,工藝參數(shù)優(yōu)化效率提升 40%,試錯成本降低 60%。

 

(二)綠色技術(shù)突破

 

生物浸出技術(shù)
嗜酸菌(如氧化亞鐵硫桿菌)浸出鋰 / 鈷,能耗降低 70%,酸用量減少 50%,中試回收率達 90% 以上。該技術(shù)已在低品位銅礦中實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,未來有望擴展至電池回收領(lǐng)域。

 

電熱氯化技術(shù)
清華大學(xué)鄧兵團隊開發(fā)的電熱氯化技術(shù)結(jié)合閃速焦耳熱和氯化冶金,成本較濕法降低 40%-60%,碳排放減少 20%-40%,適用于多種關(guān)鍵金屬的高效回收。

 

(三)產(chǎn)業(yè)生態(tài)整合

邦普循環(huán)等企業(yè)通過全鏈條一體化產(chǎn)業(yè)園,實現(xiàn) “回收 - 冶煉 - 制造” 閉環(huán)。例如,宜昌邦普產(chǎn)業(yè)園通過 DRT 定向循環(huán)技術(shù),將鋰回收率提高到 91%,鎳鈷錳綜合回收率達 99.6%,同時實現(xiàn)正極材料碳減排近 50%。

(責(zé)任編輯:子蕊)
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