废旧锂离子电池制备锂离子筛及其应用研究进展

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2021-0518

摘要/Abstract

摘要：

锂离子电池报废量爆发式增长，预计到2023年，废旧锂离子电池回收利用将是一个超过300亿元产值的新兴市场，其中，锂资源占可回收金属价值的一半。为探索锂资源高效回收技术，基于现阶段研究热点，讨论了以废旧锰酸锂电池正极材料、废旧三元锂电池正极材料、废旧锰系锂离子电池负极材料为原料制备锂离子筛的方法；探讨了废旧锂离子电池中各类杂质成分对锂离子筛性能的影响；阐述了锰系锂离子筛技术在废旧锂离子电池的锂回收、盐湖卤水提锂和化工制药废水提锂等领域的应用。通过分析得出，锂离子筛的应用能够增加锂盐回收率与回收纯度，降低技术成本，应用前景广阔。

关键词: 废旧锂离子电池, 锂离子筛, 电池回收利用, 锂资源

Abstract:

The number of spent lithium?ion batteries is growing explosively.It is expected that by 2023，the reuse of spent lithium?ion batteries will be an emerging market of more than 30 billion yuan，of which lithium resources account for half of the value of recyclable metals.In order to explore the more efficient recovery of lithium resources，based on the current research hotspots，the methods of preparing lithium?ion sieve from anode materials of the spent lithium manganate battery，ternary lithium?ion battery，and cathode materials of the spent manganese lithium ion battery were investigated.The effect of various impurities in spent lithium?ion batteries on the performance of lithium?ion sieves was discussed.The cases of manganese lithium ion sieve technology used in the fields of lithium recovery from waste lithium ion batteries，lithium extraction from salt lake brine and lithium extraction from chemical and pharmaceutical wastewater were described.The application of lithium ion sieve could increase the recovery rate and purity of lithium，reduce the technical cost，and had a wide application prospect.

Key words: spent lithium ion battery, lithium ion sieve, reuse of spent battery, lithium resource

中图分类号:

TQ131.11

周蕾,袁永顺,李璐,刘炳光,李建生. 废旧锂离子电池制备锂离子筛及其应用研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(8): 33-39.

ZHOU Lei,YUAN Yongshun,LI Lu,LIU Bingguang,LI Jiansheng. Research progress on preparation and application of lithium ion sieve from spent lithium ion batteries[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2022, 54(8): 33-39.

图/表 2

参考文献 42

1	韩佳欢，乜贞，方朝合，等.中国锂资源供需现状分析［J］.无机盐工业，2021，53（12）：61-66.
	HAN Jiahuan， NIE Zhen， FANG Chaohe，et al.Analysis of existing circumstance of supply and demand on China's lithium resourc⁃
	es［J］.Inorganic Chemicals Industry，2021，53（12）：61-66.
2	徐平，陈钦，张西华，等.废锂离子电池中锂提取技术研究进展［J］.过程工程学报，2019，19（5）：853-864.
	XU Ping， CHEN Qin， ZHANG Xihua，et al.Research advances on lithium recovery from spent lithium⁃ion batteries［J］.The Chinese Journal of Process Engineering，2019，19（5）：853-864.
3	韩继龙，曾祥杰，王奎虎，等.复合膜材料在盐湖提锂中的研究进展和展望［J］.复合材料学报，2022，39（5）：2080-2094.
	HAN Jilong， ZENG Xiangjie， WANG Kuihu，et al.Research progress and prospect of membrane method in seawater/brine extraction of lithium［J］.Acta Materiae Compositae Sinica，2022，39（5）：2080-2094.
4	WENG Ding， DUAN Haoyue， HOU Yacong，et al.Introduction of manganese based lithium⁃ion Sieve-A review［J］.Progress in Natural Science：Materials International，2020，30（2）：139-152.
5	王琪，赵有璟，刘洋，等.高镁锂比盐湖镁锂分离与锂提取技术研究进展［J］.化工学报，2021，72（6）：2905-2921，3433.
	WANG Qi， ZHAO Youjing， LIU Yang，et al.Recent advances in magnesium/lithium separation and lithium extraction technologies from salt lake brine with high magnesium/lithium ratio［J］.CIESC Journal，2021，72（6）：2905-2921，3433.
6	大井健太.无机离子交换材料：选择性分离性能的解析和应用［M］.刘红铌，汤卫平，译.上海：上海科学技术出版社，2015.
	KENTAI Otai.Inorganic ion exchange materials：Analysis and application of selective separation performance［M］.Translated by LIU Hongni，TANG Weiping.Shanghai：Shanghai Science and Technology Press，2015.
7	漆贵财，海春喜，周园.锰氧化物锂离子筛型吸附剂提锂进展［J］.功能材料，2018，49（11）：11023-11032.
	QI Guicai， Chunxi HAI， ZHOU Yuan.Progress of extracting lithium
	by manganese oxide ion⁃sieve adsorbent［J］.Journal of Functional Materials，2018，49（11）：11023-11032.
8	许乃才，黎四霞，曹佳佳，等.锰氧化物锂离子筛的掺杂改性及吸附性能研究［J］.无机盐工业，2020，52（4）：37-41.
	XU Naicai， LI Sixia， CAO Jiajia，et al.Research on doping modification and adsorption performance of manganese oxides lithium ion sieve［J］.Inorganic Chemicals Industry，2020，52（4）：37-41.
9	李会泉，高奥雷，李少鹏，等.锰系锂离子筛、其制备方法及应用：中国，110240202A［P］.2019-09-17.
	LI Huiquan， GAO Aolei， LI Shaopeng，et al.Manganese series lithium ion sieve，its preparation method and application：CN，110240202A［P］.2019-09-17.
10	刘炳光，袁永顺，葛梦丹，等.一种废旧锂离子电池材料为原料制备锂离子筛的方法：中国，113621972A［P］.2021-11-09.
	LIU Bingguang， YUAN Yongshun， GE Mengdan，et al.A method for preparing lithium ion sieves from waste lithium ion battery materials：CN，113621972A［P］.2021-11-09.
11	刘炳光，祖晓冬，李建生，等.负载型锂离子筛吸附剂研究进展［J］.无机盐工业，2019，51（9）：12-16.
	LIU Bingguang， ZU Xiaodong， LI Jiansheng，et al.Research progress in supported lithium ion sieve absorbents［J］.Inorganic Chemicals Industry，2019，51（9）：12-16.
12	刘炳光，尹浩南，李仕增，等.一种开孔泡沫玻璃负载的锂离子筛填料及其制备方法：中国，108046368B［P］.2020-08-11.
	LIU Bingguang， YIN Haonan， LI Shizeng，et al.A lithium ion sieve filler loaded with open cell foam glass and its preparation method：CN，108046368B［P］.2020-08-11.
13	XUE Feng， WANG Boyang， CHEN Minmin，et al.Fe₃O₄-doped lithium ion⁃sieves for lithium adsorption and magnetic separati⁃ doi: 10.1016/j.seppur.2019.115750
	on［J］.Separation and Purification Technology，2019，228.Doi：10.1016/j.seppur.2019.115750 . doi: 10.1016/j.seppur.2019.115750
14	李文杰，高建明，赵茜，等.固相法合成磁性可回收锰系离子筛及其锂吸附性能研究［J］.功能材料，2020，51（12）：12120-12125.
	LI Wenjie， GAO Jianming， ZHAO Qian，et al.Facilesynthesis of magnetically recyclable manganese ion sieve using solid state reaction method and its lithium adsorption performance［J］.Journal of Functional Materials，2020，51（12）：12120-12125.
15	李建生，张发荣，张泽江，等.一种导电的锰系锂离子筛及其制备方法：中国，108097198B［P］.2020-07-21.
	LI Jiansheng， ZHANG Farong， ZHANG Zejiang，et al.A conductive manganese lithium ion sieve and its preparation method：CN，108097198B［P］.2020-07-21.
16	乔延超，陈若葵，谭群英，等.一种锰酸锂电池废料制备锂离子筛的方法及其锂离子筛：中国，108199104A［P］.2018-06-22.
	QIAO Yanchao， CHEN Ruokui， TAN Qunying，et al.A method for preparing lithium ion sieve from lithium manganate battery waste and the lithium ion sieve：CN，108199104A［P］.2018-06-22.
17	ZHANG Guotai， ZHANG Jingze， ZHOU Yuan，et al.Synthesis of aluminum⁃doped ion⁃sieve manganese oxides powders with enhanced adsorption performance［J］.Colloids and Surfaces A：Phy⁃ doi: 10.1016/j.colsurfa.2019.123950
	sicochemical and Engineering Aspects，2019，583.Doi：10.1016/j.colsurfa.2019.123950 . doi: 10.1016/j.colsurfa.2019.123950
18	海春喜，张果泰，周园，等.一种改性锰系锂离子筛及其制备方法：中国，110773112A［P］.2020-02-11.
	Chunxi HAI， ZHANG Guotai， ZHOU Yuan，et al.A modified manganese series lithium ion sieve and its preparation method：CN，110773112A［P］.2020-02-11.
19	袁永顺，葛梦丹，于韶梅，等.一种废旧锰酸锂电池材料为原料的锂离子筛及其制备方法：中国，113368808A［P］.2021-09-10.
	YUAN Yongshun， GE Mengdan， YU Shaomei，et al.A lithium ion sieve using waste lithium manganate battery material as raw material and its preparation method：CN，113368808A［P］.2021-09-10.
20	LI Jishen， YANG Xiyun， FU Yuyao，et al.Recovery of Fe，Mn，Ni and Co in sulfuric acid leaching liquor of spent lithium ion batteries for synthesis of lithium ion⁃sieve and Ni _x Co _y Mn_1- _x_- _y （OH）₂ ［J］.Hydrometallurgy，2019，190.Doi：10.1016/j.hydromet.2019 . doi: 10.1016/j.hydromet.2019
	105190. doi: 10.1016/j.hydromet.2019
21	LI Jishen， YANG Xiyun， YIN Zhoulan.Recovery of manganese from sulfuric acid leaching liquor of spent lithium⁃ion batteries and synthesis of lithium ion⁃sieve［J］.Journal of Environmental Chemical Engineering，2018，6（5）：6407-6413.
22	代云，邓朝勇，吴浩.碳热还原—浸出法回收废旧锂电池中的镍、钴、锰［J］.矿冶，2021，30（3）：24-29，46.
	DAI Yun， DENG Chaoyong， WU Hao.Recovery of Ni，Co and Mn from cathode materials of spent lithium ion batteries by carbothermal reduction and leaching method［J］.Mining and Metallurgy，2021，30（3）：24-29，46.
23	田庆华，邹艾玲，童汇，等.废旧三元锂离子电池正极材料回收技术研究进展［J］.材料导报，2021，35（1）：1011-1022.
	TIAN Qinghua， ZOU Ailing， TONG Hui，et al.Research progress on recycling technology of cathode materials for spent ternary lithium⁃ion batteries［J］.Materials Reports，2021，35（1）：1011-1022.
24	钟雪虎，陈玲玲，韩俊伟，等.废旧锂离子电池资源现状及回收利用［J］.工程科学学报，2021，43（2）：161-169.
	ZHONG Xuehu， CHEN Lingling， HAN Junwei，et al.Overview of present situation and technologies for the recovery of spent lithium⁃ion batteries［J］.Chinese Journal of Engineering，2021，43（2）：161-169.
25	熊正阳，陈清，陈炯彤，等.废旧三元锂离子电池正极有价金属回收进展［J］.有色金属：冶炼部分，2021（5）：103-111.
	XIONG Zhengyang， CHEN Qing， CHEN Jiongtong，et al.Progress in recovery of valuable metals from waste ternary lithium ion batteries［J］.Nonferrous Metals：Extractive Metallurgy，2021（5）：103-111.
26	赵磊，殷进，龚佳豪，等.废锂离子电池正极材料湿法冶金回收技术研究进展［J］.化工环保，2021，41（3）：255-262.
	ZHAO Lei， YIN Jin， GONG Jiahao，et al.Research progresses in hydrometallurgical recovery of spent cathode materials of lithium ion batteries［J］.Environmental Protection of Chemical Industry，2021，41（3）：255-262.
27	周蕾，袁永顺，葛梦丹，等.一种锂离子筛的制备和应用方法：中国，113548701A［P］.2021-10-26.
	ZHOU Lei， YUAN Yongshun， GE Mengdan，et al.Preparation and application of a lithium ion sieve：CN，113548701A［P］.2021-10-26.
28	周复，胡曦，李超，等.废旧锂离子电池回收负极制备锂离子筛复合材料的方法：中国，112216894A［P］.2021-01-12.
	ZHOU Fu， HU Xi， LI Chao，et al.Method for preparing lithium ion sieve composite material by recycling cathode of waste lithium
	ion battery：CN，112216894A［P］.2021-01-12.
29	李建生，葛梦丹，袁永顺，等.一种废旧锂离子电池为原料的碳基锂离子筛及其制备方法：中国，2021108785749［P］.2021-08-02.
	LI Jiangsheng， GE Mengdan， YUAN Yongshun，et al.A carbon based lithium ion sieve with waste lithium ion battery as raw material and its preparation method：CN，2021108785749［P］.2021-
	08-02.
30	马伟，王刃，田丽妍，等.一种从锂离子电池中分离回收锂和钴的方法：中国，101654741B［P］.2011-01-05.
	MA Wei， WANG Ren， TIAN Liyan，et al.A method for separating and recovering lithium and cobalt from lithium ion batteries：CN，101654741B［P］.2011-01-05.
31	张永祥，万艳鹏，刘宏伟.一种从废弃锂离子电池中资源化综合回收有价金属的方法：中国，103045870B［P］.2019-06-
32	ZHANG Yongxiang， WAN Yanpeng， LIU Hongwei.A method for comprehensive recovery of valuable metals from waste lithium ion batteries：CN，103045870B［P］.2019-06-21.
33	WANG Hongyan， HUANG Kai， ZHANG Yang，et al.Recovery of lithium，nickel，and cobalt from spent lithium⁃ion battery powders by selective ammonia leaching and an adsorption separation system［J］.ACS Sustainable Chemistry & Engineering，2017，5（12）：11489-11495.
34	MA Liwen， XI Xiaoli， WANG Kaifeng，et al.Adsorption of Li by a lithium ion⁃sieve using a buffer system and application for the recovery of Li from a spent lithium⁃ion battery［J］.Research on Chemical Intermediates，2018，44（11）：6721-6739.
35	葛梦丹，韩璐，周蕾，等.一种用锂离子筛在废旧锂离子电池材料中提锂的方法：中国，113430395A［P］.2021-09-24.
	GE Mengdan， HAN Lu， ZHOU Lei，et al.A method for extracting lithium from waste lithium ion battery materials with lithium ion sieve：CN，113430395A［P］.2021-09-24.
36	杨喜云，李计深，曹升，等.一种废旧锂离子电池回收并联产锂吸附剂的方法：中国，110013822B［P］.2020-02-14.
	YANG Xiyun， LI Jishen， CAO Sheng，et al.A method for recycling and co⁃producing lithium adsorbent from waste lithium ion batteries：CN，110013822B［P］.2020-02-14.
37	ZHANG Guotai， ZHANG Jingze， ZHOU Yuan，et al.Practical synthesis of manganese oxide MnO₂·0.5H₂O for an advanced and applicable lithium ion⁃sieve［J］.Journal of Solid State Chemistry，2021，293.Doi：10.1016/j.jssc.2020.121768 . doi: 10.1016/j.jssc.2020.121768
38	王豪，杨喜云，尹周澜，等.包覆ZrO₂锂离子筛的制备及其在盐湖卤水中的吸附性能［J］.无机化学学报，2017，33（10）：1775-1781.
	WANG Hao， YANG Xiyun， YIN Zhoulan，et al.Synthesis and adsorption properties of ZrO₂-coated lithium ion⁃sieve from salt lake brine［J］.Chinese Journal of Inorganic Chemistry，2017，33（10）：1775-1781.
39	闫光，刘伟峰，孙淑英，等.粉煤灰酸碱介质中锂资源提取研究进展［J］.中国材料进展，2021，40（5）：366-373.
	YAN Guang， LIU Weifeng， SUN Shuying，et al.Research progress on lithium extraction from acid/alkali mediums of fly ash［J］.Materials China，2021，40（5）：366-373.
40	侯永茹，李彦恒，代红，等.用吸附法从粉煤灰碱性溶液里提取锂［J］.粉煤灰综合利用，2015，28（3）：10-11，16.
	HOU Yongru， LI Yanheng， DAI Hong，et al.Experimental study on litohium extraction from fly ash alkaline solution by absorption method［J］.Fly Ash Comprehensive Utilization，2015，28（3）：10-11，16.
41	孙淑英，许正国，于建国.一种吸附法从粉煤灰中提锂的方法：中国，110592383A［P］.2019-12-20.
	SUN Shuying， XU Zhengguo， YU Jianguo.A method for extracting lithium from fly ash by adsorption：CN，110592383A［P］.2019-12-20.
42	储政，吴钊，黄伟.锰系离子筛吸附法提纯油田富锂卤水技术研究［J］.能源化工，2020，41（6）：30-33.
	CHU Zheng， WU Zhao， HUANG Wei.Study on purification of lithium⁃rich brine from oilfield by manganese ion⁃sieve［J］.Energy Chemical Industry，2020，41（6）：30-33.

[1]	付煜, 邓觅, 黄冬根, 万金保. 盐湖卤水提锂技术研究进展[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 9-16.
[2]	韩红静, 张竞择, 拉毛卓玛, 韩吉者, 吴勇民, 汤卫平. 铝钴共掺杂锂锰氧化物的制备及吸附提锂性能[J]. 无机盐工业, 2023, 55(7): 38-44.
[3]	胡月, 莫恒亮, 李天玉, 彭文娟, 孙广东, 肖宏康, 陈亦力, 李锁定, 唐阳. 钛系锂离子筛粉体与PVDF树脂纺丝成型及性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(11): 58-63.
[4]	王平. 量化分析锂供需与锂价格的联动关系[J]. 无机盐工业, 2022, 54(9): 1-13.
[5]	况新亮,刘垂祥,熊朋. 锂离子电池产业分析及市场展望[J]. 无机盐工业, 2022, 54(8): 12-19.
[6]	韩红静,吴勇民,曹永生,韩婷婷,汤卫平. 纳米片多面体锰基锂离子筛的制备及锂离子吸脱附特性[J]. 无机盐工业, 2022, 54(8): 59-65.
[7]	张理元,沈如倩,阳金菊,李燕,税亿,苏敏. 锂离子筛研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(5): 28-37.
[8]	赵元元,陈海峰,刘云云,张宏,吴勇民,张竞择,汤卫平. 锰系锂离子筛的制备与改性的研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(2): 21-29.
[9]	乜贞,伍倩,丁涛,卜令忠,王云生,余疆江,侯献华. 中国盐湖卤水提锂产业化技术研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(10): 1-12.
[10]	马珍. 盐湖锂资源高效分离提取技术研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(10): 22-29.
[11]	程鹏高,黄传峰,甘善甜,龚经款,项军,唐娜. 铝基锂吸附剂制备及其在泰和地下卤水提锂中的应用[J]. 无机盐工业, 2021, 53(6): 140-144.
[12]	韩佳欢,乜贞,方朝合,伍倩,曹倩,王云生,卜令忠,余疆江. 中国锂资源供需现状分析[J]. 无机盐工业, 2021, 53(12): 61-66.
[13]	陈旺,蒋磊,潘巧珍,杨伟伟,朱贤荣,陈琳琳,朱文帅. 钛系锂离子筛的制备及其吸附性能研究[J]. 无机盐工业, 2021, 53(10): 47-51.
[14]	王冬斌,梁精龙,邓孝纯,王晶. 锂资源提取与回收及锂制备工艺研究现状[J]. 无机盐工业, 2020, 52(6): 8-12.
[15]	许乃才,黎四霞,曹佳佳,杨刚什尕. 锰氧化物锂离子筛的掺杂改性及吸附性能研究[J]. 无机盐工业, 2020, 52(4): 37-41.

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会