回收锂电池从废弃到新生！中国科学家提出一步法电池回收工艺|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

从废弃到新生！中国科学家提出一步法电池回收工艺

近年来，为应对全球环境危机和减少碳排放，各国都在积极地推广新能源汽车。据统计，自 2014 年新能源汽车进入乘用车市场以来，新能源汽车的产销量不断增加。

截至 2023 年，中国新能源汽车的产销量已接近 1000 万辆，新能源汽车在中国汽车市场中的占有率已超过 30%。值得关注的是，按照动力电池的平均使用寿命 5-8 年计算，中国早期推广的新能源汽车动力电池陆续进入“退役”期。

废旧电池如果处理不妥当，其含有的重金属和有害化学物质会对土壤和水资源造成严重污染，威胁整个生态系统的平衡与稳定。

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预计到 2030 年，新能源汽车产生的废旧动力电池将超过 300 万吨，但是中国新能源汽车动力电池规范化回收率不足 30%。因此，废旧动力电池的回收和处理成为业内关注的焦点。

2024年5月14日，我国科学家在《自然可持续》（Nature Sustainability）杂志上发表了一篇关于退役动力电池可持续回收的文章，有望加快动力电池先进回收技术的推广和应用，推动电池回收行业商业化快速发展。

研究成果发表于《自然可持续》杂志（图片来源：《自然可持续》杂志）

在本研究中，作者利用浸出和共沉淀两个反应实现了锂电池正极材料中高值金属元素的提取和电极的再生。 在浸出过程中，作者利用不同金属元素在乙酸中的溶解效率不同的特点，选择性地溶解出锂电池正极材料中的高值金属元素，包括锂、钴、镍和锰，再通过过滤得到清澈透明的渗滤液。

为最大限度地保留锂电池正极元素的高附加值，作者利用氨和氢氧化钠的混合溶液对浸出液进行共沉淀反应，以在连续搅拌罐反应器中制备球形前驱体。

其中，氨作为螯合剂可与浸出液中的过渡金属形成金属-氨络合物，防止共沉淀过程中的分相沉淀。在共沉淀过程中，除锂离子外，超过 99.8%的高价值金属通过具有设计比例的镍、钴和锰的球形前驱体回收。最后经过高温锂化反应，获得了再生的 R-NCM 正极材料。

高价值元素的提取（a.金属溶解效率与浆料浓度的关系；b.不同类型的酸溶液对锂电池中金属的溶解效率对比；c.真空辅助过滤。）（图片来源：参考文献1）

实验结果表明，R-NCM 再生正极材料表现出高可逆容量和高库伦效率 （＞99.7%）。在稳定性方面，该正极材料经过 500 次充放电循环后容量保持率为 81.2%，优于商业 NCM 正极材料（容量保持率为 50.1%），并且该再生正极材料保留了前体的球形结构，循环过程中微裂纹极小，相稳定性强。

与商用 NCM 正极材料相比，R-NCM 可再生正极材料的生产和使用可有效降低全球变暖的潜势和化石资源稀缺性。在电池成本方面，R-NCM 可再生正极材料的使用可将锂离子电池组和钠离子电池组的制造成本分别降低 21.65 美元每千瓦时和 41.67 美元每千瓦时。

锂离子电池再生正极材料（a.球形R-NCM粉末的SEM图像和元素分布图，镍(蓝色)，钴(粉红色)和锰(绿色)，标尺为1μm；b.二维的GIXRD图像；c.镍的K边界XANES光谱；d, e, f.电化学性能表征结果；g.商用NCM电极和R-NCM电极循环后的横截面FIB电镜图像，标尺为1μm；h.R-NCM电极的原位XRD图及对应的循环曲线；i.电极表面代表性物质的三维重建图。）（图片来源：参考文献1）

目前对于锂电回收再利用

还有哪些做法？

锂电的回收再利用是指将退役锂电池通过化学、物理、生物等手段进行拆解，达到回收镍、钴、锰、锂等金属元素及其他可回收材料的目的。目前锂电池回收再利用的方法主要有湿法回收、火法回收和生物回收等。

湿法回收 是指利用化学试剂对电极材料中的金属进行选择性地溶解，再分离浸出液体中的金属元素。该技术具有回收率高、产品纯度较高、能耗较低的优点，是目前应用范围最广的回收技术。

火法回收 是指通过高温手段将废旧电池中的杂质去除，最终提取出含有金属及其化合物的细粉状材料。该技术操作工艺简单，效率比较高，适应于处理大量或者结构较为复杂的电池。

生物回收 是指利用微生物等的代谢过程将废旧电池中的金属元素选择性浸出，实现提取高值金属元素的目的。该技术对环境友好，但是目前仍处于研发阶段，技术尚不成熟。

锂电池环保回收

对我们生活的影响？

1.环境保护

锂电池回收能够显著减少废旧电池对环境的污染。通过专业的回收处理，可以防止废旧电池中的有害物质，如重金属、有机溶剂等泄漏到环境中，保护土壤和水资源。

2.资源节约

锂电池回收可以实现对高价值和稀有材料的再利用。如回收的锂、镍、钴等金属元素经过精炼和提纯后，可以再次作为原材料用于生产新的电池，降低生产成本，节约资源。

此外，回收的电池芯片和电解液等也可以进行回收处理或再利用，进一步提高了资源利用效率。

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结语

新能源汽车作为环保出行的新选择，不仅为我们的出行方式带来了革命性的改变，更为环境保护作出了巨大的贡献。尽管废旧电池的回收技术可以在一定程度上缓解废旧电池对环境的污染，但还是提倡我们在日常生活中养成良好的用车习惯，延长电池的使用寿命，减少废旧电池的产生，为地球环境贡献一份绿色力量。

参考文献

[1]Yang, T., Luo, D., Zhang, X. et al. Sustainable regeneration of spent cathodes for lithium-ion and post-lithium-ion batteries. Nat Sustain, 2024.

[2]何宏恺,王粤威,陈朝方,等.废旧动力锂电池回收利用技术的进展[J].广州化学, 2014, 39(4):6.

[3]李想,范佳玥,朱欣益.浅析我国动力锂电池回收体系构建[J].产业创新研究, 2023(19):11-13.

[4]Ferrara C , Ruffo R , Quartarone E ,et al.Circular Economy and the Fate of Lithium Batteries: Second Life and Recycling[J].Advanced Energy and Sustainability Research, 2021.

策划制作

出品丨科普中国

作者丨石畅物理化学博士

监制丨中国科普博览

责编丨一诺

审校丨徐来林林

中国即将进入锂电池退役增长期报告预计回收市场规模有望破千亿

21世纪经济报道记者缴翼飞北京报道

6月25日，工信部节能与综合利用司在京召开新能源汽车废旧动力电池综合利用全产业链座谈会。参会方涉及重点金属原料生产、动力电池生产、汽车生产、报废机动车回收拆解、废旧动力电池综合利用企业，计划加快推动完善废旧动力电池综合利用长效机制。

根据此前财政部等四部门印发的《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》，自2016年起乘用车生产企业执行对电池、电机等核心部件提供不低于8年或者12万公里（以先到者为准）的质保期限，到2024年中国将迎来首批动力电池“脱保”，锂电池退役量大幅增长。

6月27日，2024国际锂电新能源产业大会暨成渝地区产业链供应链对接活动在四川省遂宁市射洪市举办。会上同时发布了《2023中国锂电产业发展指数（遂宁指数）》（以下简称“《遂宁指数》”），其中指出，中国即将进入锂电池退役增长期，预计到2030年锂电池回收市场规模有望突破千亿元，年均增速达到26%，废旧锂电池回收量将超过100万吨，相当于2022年的约5倍。

目前，锂电池中锂、镍、钴、锰、铜、铝等金属资源稀缺程度加剧，带动电池回收利用环节高速增长。

《遂宁指数》显示，过去几年经历了新能源汽车产能扩张，退役动力电池数量持续保持增长态势，预计到2025年前后增速放缓。锂电池关键材料中，镍、钴、锰的回收率达到99.6%，锂的回收效率也达到了91.0%，叠加材料价格波动影响，锂电池回收利用市场将加快释放潜力。自2023年开始三元电池退役量超过磷酸铁锂电池，成为锂电池再生利用的主要对象。

中国有色金属工业协会顾问陈训生表示，我国动力电池和电池材料相关生产企业纷纷布局电池回收产业，到2023年底，已建成100万吨动力电池实物量回收产能，可回收锂10万吨以上，居全球第一。2023年，我国锂电材料回收利用锂产量6万吨，全球占比75%占国内锂盐原料比重9%。

“锂电池电动车要发展到两三千万辆，时隔5到8年就会淘汰一批锂电池出来，不单是锂，还有钴、镍、铜，这都是一大笔财富和宝藏。”中国工程院院士郑绵平预计，到2030年城市矿山碳酸锂回收利用将会达到15到16万吨。做到这一点，需要采取多种措施，特别是要统一回收标准和规格，加大对回收技术的研发，推动锂矿行业的高质量发展。

据统计，2018-2023年，工信部分别公布了五批共156家符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》的企业名单（简称“白名单”），企业数量持续增加。白名单企业“梯次利用+再生利用”“梯次利用”“再生利用”三种资质中，梯次利用企业数量仍居首位，共93家，占比59.6%。

近1-2年内，电池回收企业注册数量大幅增长，2023年内注册数量达到48351家，占中国目前存续状态的电池回收企业总数的38.7%，远大于电池回收白名单企业数量。随着产业链不同环节的企业大量布局电池回收业务，回收的规范化进程将逐渐加快。

值得注意的是，目前我国正在大力推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动，交通领域的设备更新也是重点任务之一。最新印发的《交通运输大规模设备更新行动方案》明确鼓励老旧新能源公交车及动力电池更新，推动新能源营运货车在城市物流配送、港口集疏运、干线物流等场景应用。

赛迪顾问总裁付长文建议，接下来要持续培育壮大市场主体，强化锂电池全生命周期监管，引导市场规范化发展，并通过鼓励循环利用领域的商业模式创新、加强共性技术联合攻关，从技术创新、模式创新等维度提升发展质量。应当鼓励探索建立锂电池监管信息平台，构建涵盖动力型、消费型、储能型锂电池的溯源机制；加快建立健全退役电池回收渠道、退役电池定价和交易机制；压实主体责任，强化锂电池全生命周期监管。

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