废旧三元正极粉的氢碳协同还原提锂机制
2023-07-06刘晓剑马亚赟周向阳杨娟贺跃辉唐晶晶
中南大学学报(自然科学版) 2023年5期
刘晓剑,马亚赟,周向阳,杨娟,3,贺跃辉,唐晶晶
(1. 中南大学 冶金与环境学院,湖南 长沙,410083;2. 中南大学 粉末冶金研究院,湖南 长沙,410083;3. 湖南省有色增值冶金重点实验室,湖南 长沙,410083)
锂离子电池因其优异的电化学性能被广泛应用于3C 数码、电动车以及储能等领域[1],尤其是在电动汽车领域,动力锂电池产业出现爆发式增长,预计到2048 年,电动汽车产量将达到9 亿辆[2]。同时,预计到2030 年,将产生1 100 万t 废旧锂电池[3]。废旧锂电池主要包括正极、负极、隔膜和电解液,其中包括5%~20%(质量分数,下同)的钴、5%~7%的锂、15%的有机化合物以及7%的塑料[4-5],造成重金属、氟化物、有机物、粉尘和酸碱等污染。因此,从环境保护、资源循环利用和人类健康的角度来看,从废旧锂电池中回收有价金属不仅可以保护环境,实现资源循环,而且可以带来较大的社会和经济价值。
由于正极中含有大量有价金属,废旧锂电池的回收主要集中在对正极材料的回收处理,大致可分为火法、湿法以及火法-湿法联合处理工艺。传统火法冶金往往需要1 000 ℃以上的高温,能耗高且污染较大,锂金属难以得到有效回收。随着双碳政策的实行,这种粗放回收方式的吸引力将越来越小[6-7]。湿法回收是比较常用的回收方法,主要包括生物浸出、有机酸浸和无机酸浸三大类。生物浸出主要是通过细菌的还原作用,使金属以离子形式进入溶液,该方法的生产周期长,浸出率相对较低[8]。有机酸浸和无机酸浸均是采用无机酸或有机酸体系进行……
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