废旧动力电池正极材料再生工艺研究进展

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0060

无机盐工业 ›› 2024, Vol. 56 ›› Issue (12): 79-87.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0060

废旧动力电池正极材料再生工艺研究进展

葛建华¹^,²^,³(), 谢敏燕¹, 欧阳全胜¹^,²^,³(), 邵姣婧³^,⁴()

1.贵州轻工职业技术学院先进电池与材料工程研究中心，贵州贵阳 561113
2.废旧动力电池梯次利用及资源化省级协同创新中心，贵州贵阳 561113
3.贵州省普通高等学校石墨烯材料工程研究中心，贵州贵阳 561113
4.贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳 550025

收稿日期:2024-01-29 出版日期:2024-12-10 发布日期:2024-04-02
通讯作者: 欧阳全胜（1968— ），男，教授，高级工程师，主要研究方向为储能材料与器件；E-mail：qsouyang@163.com。
邵娇婧（1988— ），女，博士，教授，主要研究方向为锂电池用关键材料设计制备及应用研究；E-mail： shaojiao_jing@163.com。
作者简介:葛建华（1991— ），男，博士，研究方向为锂离子电池的制备及回收工艺；E-mail：gejianhua15@mails.ucas.ac.cn。
基金资助:
贵州省科技计划项目(黔科合支撑［2017］2024);贵州省先进电化学储能器件及关键材料科技创新人才团队建设项目（黔科合平台人才-CXTD［2023］016）

Advances in regeneration processes of cathode materials for spent power batteries

GE Jianhua¹^,²^,³(), XIE Minyan¹, OUYANG Quansheng¹^,²^,³(), SHAO Jiaojing³^,⁴()

1.Advanced Batteries and Materials Engineering Research Center，Guizhou Light Industry Technical College，Guiyang 561113，China
2.Provincial Collaborative Innovation Center of Used Power Batteries Recycling，Guiyang 561113，China
3.Graphene Materials Engineering Research Center of Guizhou Colleges and Universities，Guiyang 561113，China
4.School of Materials and Metallurgy，Guizhou University，Guiyang 550025，China

Received:2024-01-29 Published:2024-12-10 Online:2024-04-02

摘要/Abstract

摘要：

近十年来新能源汽车快速发展，根据动力电池的使用寿命估算，将有一大批动力电池达到报废标准。对废旧电池回收再生既能减少环境污染，又可以降低电池原料成本。常见的回收再生工艺包括湿法回收、火法回收、直接再生等。湿法回收率高、操作温度低，是国内普遍采用的回收方法；火法回收可以省去预处理工序，但是存在一定的资源浪费且能耗较高。近年来，直接再生技术迅速发展，该技术可以在不破坏正极材料原结构的情况下进行修复，是很有前景的回收再生技术。然而，要进一步提高资源回收率、降低回收成本、减少环境污染，上述回收方法都需要进一步完善。总结了动力锂离子电池正极材料回收再生的工艺和近年来的新技术进展，分析了存在的问题，展望了未来的发展趋势。

关键词: 废旧动力电池, 正极材料, 湿法回收, 火法回收, 直接再生

Abstract:

In the past decade，electric vehicles have seen significant development.Based on the life assessment of power batteries，there will be numerous end-of-life batteries.On the one hand，the regeneration of spent batteries can avoid environmental pollution，and on the other hand，it can reduce the cost of raw materials.Common recycling processes include hydrometallurgy，pyrometallurgy，direct regeneration，and so on.Hydrometallurgy has a high recovery rate and low operating temperature，which is widely used in China.Pyrometallurgy can eliminate the pretreatment process，but there is a certain waste of resources and high energy consumption.In recent years，direct regeneration has seen great progress，which can be applied without destroying the original structure of the cathode material，so it is a promising recycling method.However，to further increase resource recovery rates，reduce costs and pollution，the above methods need to be further improved.The advances in regeneration of cathode materials of spent power batteries in recent years were summarized，the challenges were analyzed，and the development trends were proposed.

Key words: spent power battery, cathode materials, hydrometallurgical recycling, pyrometallurgical recycling, direct regeneration

中图分类号:

TQ131.11

葛建华, 谢敏燕, 欧阳全胜, 邵姣婧. 废旧动力电池正极材料再生工艺研究进展[J]. 无机盐工业, 2024, 56(12): 79-87.

GE Jianhua, XIE Minyan, OUYANG Quansheng, SHAO Jiaojing. Advances in regeneration processes of cathode materials for spent power batteries[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(12): 79-87.

图/表 4

图1

表1

浸出体系对比

材料	试剂	实验条件	浸出率
废旧NCM111粉末^［14］	硫酸、过氧化氢	温度为40 ℃，搅拌速率为400 r/min，浸出时间为1 h	Li、Ni、Co、Mn均达99.70%
废旧三元正极粉末^［15］	磷酸、葡萄糖	磷酸浓度为4 mol/L，葡萄糖浓度为0.5 mol/L，固液比（质量体积比，g/L）为20，反应温度为80 ℃，反应时间为60 min	Li为97.30%，Ni为96.54%，Co为96.59%，Mn为95.31%
混合废旧正极粉末^［16］	氨水、碳酸铵、亚硫酸铵	亚硫酸铵浓度为3.56 mol/L，氨水浓度为0.61 mol/L，碳酸铵浓度为0.92 mol/L，温度为80 ℃，浸出时间为5 h，料液比（质量体积比，g/L）为10，搅拌速率为800 r/min	Co为84.56%，Li为90.31%，Ni为64.13%，Mn为4.53%，Al为1.72%
废旧LiCoO₂^［17］	海藻酸、抗坏血酸、过氧化氢	过氧化氢体积为2 mL，LiCoO₂与海藻酸的质量比为1∶10，搅拌速率为500 r/min，研磨时间为4 h	Li为97.58%，Co为98.59%
废旧NCM111粉末^［19］	草酸、磷酸、硫酸	先用0.5~2 mol/L草酸浸2~4 h，然后用0.5~2 mol/L磷酸浸3~5 h，最后用3~6 mol/L硫酸浸1~3 h。	Li约为100.00%，Ni为99.50%，Co为98.20%，Mn约为100.00%
废旧三元正极粉末^［23］	盐酸、钛网、铜板	电压为-0.4 V，盐酸浓度为2 mol/L，搅拌速率为800 r/min，温度为90 ℃、浸出时间为30 min	Li为99.90%，Co为99.90%
废旧NCM523粉末^［24］	乙酸、抗坏血酸	乙酸浓度为1 mol/L，抗坏血酸浓度为0.1 mol/L，工作电压为4 V，反应温度为25 ℃，反应时间为70 min	Ni、Co、Mn、Li均可达99.80%~99.90%
废旧LiCoO₂^［25］	柠檬酸、抗坏血酸	固液比（质量体积比，g/L）为2，n（柠檬酸）/n（抗坏血酸）=5，反应时间为6 h	Li为94.00%，Co为91.00%
废旧LiCoO₂^［25］	柠檬酸、抗坏血酸	固液比（质量体积比，g/L）为2，n（柠檬酸）/n（抗坏血酸）=5，微波功率为180 W，反应时间为25 min	Li为87.00%，Co为85.00%
黑粉（主要成分为锰和锂）^［26］	蜜糖、青霉菌	浸出时间为0~10 d，温度为40 ℃，搅拌速率为140 r/min	Mn约为98.00%

表1

图2

图3

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