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锂离子电池自1990年问世以来,呈蓬勃发展之势。2005年世界锂离子电池总产量约20.5亿只,中国产量约占全球份额的37.1%。由于当前我国经济粗放型发展,高产量带来了高消耗,国内有限的钴资源并不能满足生产需要,国家每年进口钴资源约500多吨,耗资人民币数亿元。
事实上,废旧锂离子电池及其生产废料中含有丰富的钴元素,如果将这部份钴资源加以回收利用,完全可以弥补当前需求缺口。遗憾的是,国内目前没有进行锂电池专业回收、处理的企业,也没有可用于生产过程的经验和工艺,对于报废的锂离子电池只是采取填埋处理。这种做法不仅不能适应经济可持续发展的需要,而且也给环境治理带来很大压力。报废的锂离子电池会因安全装置破坏,可使电池内部含磷电解液逐渐泄露,并且电池内部含有的钴、铜、镍等重金属元素,有造成环境污染的隐患。
本论文研究了一种把废旧锂离子电池各种成分,包括外壳、电解液、电解质、正(负)极材料、粘结剂、铜箔和铝箔物理分离的方法,以及分离获得的正极材料再生方法。整个分离过程中,正极材料的回收率达97%,铜铝箔回收率达99%,电解液的回收率达 73%,电池外壳和塑料隔膜为100%;各种有机溶剂均循环使用。各回收单元操作方便,对环境友好,为废旧锂离子电池的资源化和循环生产提供了一条低成本的路线。
对正极材料再生研究表明,加入Li<,2>CO<,3>进行固相反应得到的LiCoO<,2>比通过水热反应得到的LiCoO<,2>充放电性能要好,最大放电容量达153.2 mAh/g,前30次循环充放电容量不低于110 mAh/g。
本文还对整个回收工艺进行了经济效益分析。采用本工艺处理1吨废旧锂离子电池,需要试剂成本约160万元,其产值约16万元,由于试剂一次性投入,循环使用,批处理时试剂成本投入为零,可产生纯利润约16万元。