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电池关键材料回收技术汇总

时间:2025-06-27 10:25来源:未知 作者:子蕊
点击: 次

一、湿法冶金：锂钴镍分离的精准博弈

 

在新能源电池回收领域，湿法冶金技术凭借其高效的金属分离能力，成为关键材料回收的核心手段。其中，P204/P507 萃取体系是实现锂钴镍分离的经典工艺，其核心在于通过选择性萃取实现金属的高效分离。

 

（一）P204/P507 萃取体系的技术逻辑

 

萃取剂的协同作用
P204（二 (2 - 乙基己基) 磷酸）和 P507（2 - 乙基己基膦酸单 2 - 乙基己酯）是两种常用的酸性萃取剂。在酸性条件下，P204 优先吸附铁、锌等杂质，为后续镍钴分离开路；而 P507 则通过精确调控 pH 值，实现钴的选择性萃取。例如，在 pH=2.5 时，P507 对钴的萃取率可达 95% 以上，而镍的留存率超过 98%。

皂化率控制：工业生产中，P204 和 P507 的皂化率通�？刂圃� 60%-70%。若超过 80%，有机相可能出现发黑、发粘等问题，导致萃取效率下降。

多级逆流萃�。和ü� 5 级串联工艺，镍萃取率可从单级的 85% 提升至 99.5%，钴的共萃率控制在 0.5% 以下。例如，山东联萃 LC 系列离心萃取机采用独立混合室设计，避免了传统环隙式萃取机的乳化问题，能耗降低至 12 kW/m³，较传统设备减少 70%。

 

离心萃取机的应用突破
离心萃取机利用高速旋转（5000-8000 rpm）产生的离心力（重力的 1000 倍以上），使密度差仅 0.03 g/cm³ 的液相在毫秒级时间内完成混合与分离。例如，安徽某金属材料公司采用 LXC-50 型离心萃取机，从含镍钴的浸出液中制备电池级硫酸钴，萃取率达 99%，杂质含量低至 5ppm。

 

（二）锂盐制备的纯度控制

 

浸出与沉淀工艺
锂盐（碳酸锂、氢氧化锂）的制备需经历浸出、除杂、沉淀等环节。以碳酸锂为例，北京科技大学王成彦团队开发的还原相转化技术，通过向粗制碳酸锂水溶体系中通入 CO₂，将碳酸锂转化为可溶于水的碳酸氢锂，实现常温、低液固比下锂的高效浸出，锂浸出率达 90% 以上，比传统流程高 40%。

深度净化：采用树脂吸附技术去除微量钠、钙等杂质，确保再生碳酸锂纯度达到电池级标准（GB/T 11075-2013），残留杂质＜10ppm。

 

检测技术的精准支撑
离子色谱技术（IC）在锂盐纯度分析中发挥关键作用。瑞士万通的智能离子色谱系统通过碳酸根体系，可精准检测六氟磷酸锂中的氯离子和硫酸根，确保电解液纯度。

 

二、黑粉回收：电极粉末的价值重构

 

黑粉是拆解后的电极粉末，富含锂、钴、镍等有价金属。其回收技术的核心在于物理分选与化学提纯的协同应用。

 

（一）多级破碎 - 筛分 - 比重分选系统

 

物理分选流程

  • 热解预处理：物料经 600-800℃高温热解，分解电解液、粘结剂等有机物，使电池内部组分呈现松散状态。

  • 三级破碎筛分：通过 20 目、60 目、200 目筛网的阶梯式筛分，黑粉总回收率≥90%，铜铝回收率≥95%。例如，某集成化回收系统通过三次筛分、两次破碎与比重分选的协同作用，黑粉回收率较传统工艺提升 40% 以上。

  • 比重分选提纯：采用气 - 振复合式比重分选机，通过 3.5m/s 气流速度与 15Hz 振动频率的协同作用，实现铜（8.96g/cm³）与铝（2.7g/cm³）的高效分离，纯度达 98% 以上。

干法回收技术的创新
瑞科美开发的全流程 “干法” 回收技术通过物理方法实现高效回收，避免了传统湿法的污染问题。该技术通过智能拆解、极片分离和除杂控制，直接从废旧电池中提取磷酸铁锂粉末，再生后的材料性能与全新电池无异，能耗仅为 1.1 度 / 千克，碳排放 0.7 千克 / 千克，较湿法和火法分别降低 87% 和 71%。

 

（二）原位修复技术的突破

西南科技大学宋英泽团队提出的丙三醇重构策略，通过羟基的电子供体作用和螯合特性，实现废旧磷酸铁锂黑粉的直接再生。实验表明，再生后的材料在 5.0 C 倍率下循环 500 次后，放电容量为 123.2 mA h・g⁻¹，保持率达 93.1%，性能接近商业水平。

 

三、固态电池回收：下一代技术的挑战与机遇

 

固态电池作为下一代电池技术，其回收面临独特挑战，但也孕育着前沿技术突破。

 

（一）回收难点与技术瓶颈

 

材料多样性与结构复杂性
固态电池的电解质分为聚合物、硫化物、氧化物三类。其中，硫化物电解质对水分敏感，需在惰性气氛下处理；氧化物电解质则需解决与电极材料的分离难题。此外，全固态电池无隔膜设计，极片边缘易破碎，增加了拆解难度。

 

高成本与工艺适配
硫化物固态电解质材料成本高达 2 万元 / 公斤，且电芯制造需超高压致密化，导致回收成本居高不下。同时，传统湿法冶金工艺难以直接适配固态电池的材料体系。

 

（二）前沿技术探索

 

固态电解质锂提取技术
耶鲁大学和莱斯大学的研究发现，NASICON 型固态电解质膜在锂提取中表现出极高的选择性。在电场作用下，锂离子通过无水跳跃穿越晶格结构，竞争离子（如钠、镁）几乎无法穿透，锂提取比能量消耗远低于纳滤膜。

 

熔融盐萃取技术
针对硫化物固态电池，开发熔融盐萃取技术（温度 400℃），可实现锂的高效分离（Li⁺萃取率＞95%）。该技术通过熔融盐的高离子传导性，解决了固态电解质与电极材料的分离难题。

 

干法回收的扩展应用
瑞科美的干法回收技术可扩展至固态电池，通过物理破碎和筛分，实现电极材料与固态电解质的初步分离，避免化学处理的高污染风险。

 

四、未来趋势：绿色技术与产业整合

 

（一）智能化与数字化升级

AI 视觉分拣技术通过深度学习模型识别电池外观缺陷，准确率超 99%，分拣速度提升至 300 颗 / 分钟。数字孪生工厂通过虚拟仿真优化回收流程，工艺参数优化效率提升 40%，试错成本降低 60%。

 

（二）绿色技术突破

 

生物浸出技术
嗜酸菌（如氧化亚铁硫杆菌）浸出锂 / 钴，能耗降低 70%，酸用量减少 50%，中试回收率达 90% 以上。该技术已在低品位铜矿中实现产业化应用，未来有望扩展至电池回收领域。

 

电热氯化技术
清华大学邓兵团队开发的电热氯化技术结合闪速焦耳热和氯化冶金，成本较湿法降低 40%-60%，碳排放减少 20%-40%，适用于多种关键金属的高效回收。

 

（三）产业生态整合

邦普循环等企业通过全链条一体化产业园，实现 “回收 - 冶炼 - 制造” 闭环。例如，宜昌邦普产业园通过 DRT 定向循环技术，将锂回收率提高到 91%，镍钴锰综合回收率达 99.6%，同时实现正极材料碳减排近 50%。

(责任编辑：子蕊)
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