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 的皂化率通常控制在 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。
多级逆流萃取:通过 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)
固态电池产业化提速,“北交所一哥”深圳贝特瑞想打破周期困境2025-05-15 14:04
|
电池回收“黑洞”:大锤砸出致癌物,小作坊吞下7成市场2025-05-06 10:43
|
浙江星航申请锂电池极片自动检测分选系统及方法专利,提高检测准确性和可靠性2025-03-28 16:11
|
合肥国轩高科取得多层叠芯电池专利,实现多层叠芯的放电需求2025-03-25 21:08
|
新能源动力技术竞争升级 上市车企推进固态电池研发2025-02-14 09:28
|
美国ION公司固态电池新突破:超125次循环,容量衰减低于5%2024-03-11 22:56
|
电池圈里,没有共同富裕2023-05-17 09:20
|
锂离子电池隔膜的主要性能参数有哪些?2023-01-24 18:18
|
技术层面的锂电好产品是否一定能帮公司业绩兑现?2023-01-24 18:16
|
锂电产业如何利用视觉检测系统降本增效?2023-01-24 18:11
|