
三元材料中對環境具有潛在危害的元素主要有鎳、鈷、錳三種,其中以鎳和鈷的環境風險最高,相比于LiFePO4材料,三元材料具有更大的環境風險,因此必須做好三元材料電池的回收處理工作。
我國的鎳礦和鈷礦主要為貧礦,例如四川攀枝花的紅土鎳礦等,其鎳的含量普遍低于1%,而我國的鈷礦多數為伴生礦,品位低,多數作為礦山的副產品回收,因此從廢舊的三元材料電池中提取鎳、鈷元素不僅具有環保性,更加具有經濟性。
在常規的三元材料回收處理方法中,主要是對經濟價值相對較高的鎳和鈷做回收,而錳元素由于市場價格較低,化境風險較小,一般作為雜質金屬除去,導致整個回收過程流程長,環節多,成本高等缺點。
除了將材料中鎳、鈷、錳單獨回收,還有另外一種思路:將廢棄的三元材料,經過適當的處理,直接制成三元正極材料,用于電池生產。
這種方法的主要思路是,首先將三元材料進行浸出處理,將材料中的金屬元素溶解于溶液當中。浸
出工藝既可以采用鹽酸,也可以采用硫酸,通過相應的濕法冶金的工藝進行處理,獲得浸出液,并在溶液中加入鐵粉,出去溶液中的銅元素,并為后續的除鐵工藝做準備,經過凈化處理的溶液,通過加入相應的NiCl2、CoCl2、MnCl2,或者硫酸鹽,調整溶液中的Ni、Co、Mn元素的摩爾比為相應比例,并調整溶液的濃度,并向溶液中Na2CO3和氨水,在一定的溫度下,發生共沉淀反應,生成鎳鈷錳的碳酸鹽沉淀物,過濾后的沉淀需要用去離子水清洗,直到其中的Cl離子全部被除去,然后將沉淀在80℃下進行烘干。烘干后的前驅體,與鋰鹽進行混合,在一定的溫度下進行焙燒處理,獲得全新的三元材料。
民用的鋰離子電池中,大量使用鋼殼,在使用過程中,鐵元素會發生溶出,并進入到電極中,成為正極中的污染元素。在廢棄三元材料的回收過程中需要將這些污染元素進行處理,以防止其影響最終產品的性能。
三元材料的壽命要短于LiFePO4材料,對環境的潛在風險也更高,因此做好三元材料電池的后生命周期管理工作,對可持續發展,環境保護具有十分重要的意義。同時回收三元材料也具有十分優異的經濟效益,因此隨著市場上的三元材料電池逐漸增多,三元材料的回收處理將是一項十分具有前途的工作。
