废旧锂电循环利用项目可行性研究建议报告书.doc ㊣ 精品文档 值得下载

系。

但除铝铜及 铅的资源循环有较大进展外，目前我国尚未建立其它有色金属，特别是我国紧缺 金属二次资源的资源化循环利用体系，其原因在于缺乏能满足处理二次资源物 料处理时经济性生态性高效性综合性等基本要求的支撑技术。

综上所述，以废旧锂离子电池为对象进行资源化循环利用研究，并建设座年处理 吨的废旧锂离子电池及其相关废料的示范基地对于缓解我国紧缺的镍钴金属资源促 进锂离子电池工业的可持续发展以及相关有色金属循环的支撑技术开发都具有重要意义。

该领域国内外技术现状专利等情况分析包括知识产权状况， 国内外技术发展趋势 国内外发展现状及技术水平与国外同类产品相比较 自世纪年代以来，西方国家开始立法加强废旧电池的管理回收与处理，至年月当时的美国总统克林顿签署含汞电池和可充电电池管理法 令止，主要发达国家已建立了较完善的废旧电池管理体系。

国内废旧电池的管 理工作尚属于起步阶段，目前废旧镉镍氢镍及锂离子电池的主要去向是城乡生 活垃圾场，不但浪费了大量的有价金属资源，而且严重污染环境。

对于普通干电 池镍镉电池的处理，日本韩国德国瑞典等曾采用火法冶金或真空蒸馏法 建立了废旧干电池镍镉电池的处理工厂，但由于废旧干电池无汞化使得日韩 等建立的年处理吨干电池工厂经济效益急剧下降，而德国等采用蒸馏法处 理镍镉电池的工厂则将除镉后的残渣熔炼成镍铁，供给不锈钢厂。

国内的中南大 学曾于年与北京冶炼厂合作建成了干电池处理湿法冶金车间，但因故停产。

下面着重对锂离子电池的循环利用技术进行归纳总结。

日本是锂离子电池的诞生地和最大的生产国之，也是对废旧锂离子电池的 资源利用研究最多的国家之，但却未见有废旧锂离子电池处理工厂的报 道。

等提出了萃取法分离回收锂离子电池中的新工艺，其 主要工序包括破碎用机械将锂离子电池破碎后，除去外层的塑料 皮和金属外壳，并电芯上拆下正极材料主要由少量有机聚合物和 石墨分构成浸取工艺。

等还研究了种不同的浸取剂 盐酸羟胺在不同条件下的浸取动力学。

很明显，随着浸取萃取 出来当时，锂开始慢慢被萃入有机相。

实验结果还表明相似的 值条件下，系统中，的分离因子，表示两相中 的分配系数比系统高出个数量级。

通过分析之，经过萃取 后的水溶液中，的浓度已经很低，只有而经过萃取后，的浓度约为。

因此，相对于，是种性能更优越 的萃取剂。

钴的回收萃取后的有机相经过萃取剂回收后，水溶液中的 的浓度比较高，可液，简 化了净化流程参见图。

等提出了种从废旧锂离子电池中回收的简单工艺，但目前 仍停留在实验室阶段，且只实现了金属钴的回收，而未考虑到锂的回收问 题。

则提出了用电解分离法使经过前期处理的电池正极活性材料锂钴氧 和石墨混合物分离的方法，其总反应方程式可以用下式来表示  通过电解，固相中的三价钴被还原为二价钴锂转化成为氢氧化锂，并从 固相转移到液相，实现了两重金属分离的目的。

正极材料中石墨颗粒的存 在增强了溶液的传导效率。

但是电解法能耗比较大，因而在定程度上影 响了该工艺的经济性。

废锂离子电池 粉碎筛分 正极活性材料 浸泡 过滤 盐酸浸泡 过滤 粗 和石墨 沉淀 铝外壳 铝箔和 铜箔 石墨粉末 溶液 图的锂电池回收工艺流程 总之，由于日本韩国中国及中国台湾地区是全球最集中的锂离子电池 产出地，对钴的需求量巨大而东亚地区拥有全球四分之的人口，又是移动通 讯和电脑最为普及的地区之，其废旧锂离子电池的产出量大。

中日韩等国 都是钴消耗量大而钴资源却极为匮乏的国家。

故比较而言，东亚地区的学者对废 旧锂离子电池的资源化利用研究相对较多。

此外，美国也有些锂离子电池拆解 设备的专利报道。

国内学者对废旧锂离子电池的资源利用也进行了大量研究，但大多仅报道了 废旧锂离子电池正极材料或生产废料的实验室实验结果。

不过，国内已有专 门的锂离子电池拆解公司和从事失效二次电池及其生产废料的专门企业。

清华大学的徐盛明吴芳等曾采用机械破碎分选浸出净化萃取分离结晶等流程对废旧锂离子电池的提取工艺进行了研究，并在镍氢电池 锂离子电池的处理方面取得重要进展，除镁及脱油率与镍钴回收率等指标 均达到了国内先进水平。

佛山市邦普镍钴技术有限公司是目前国内专门进行废旧电池再利用和拆解 的专业性公司。

采用自行研制的拆解机对国内外电池企业的废旧镍氢锂 离子电池进行拆解处理，电池的外壳和电芯部分分别外销专业厂家处理， 其废旧电池处理能力已达吨月。

中国科学院金属所的申勇峰华南师范大学的南俊民等也分别对废旧锂离 子电池的利用进行了研究，其中南俊民还申请了拆解设备的专利。

北京科技大学的王晓峰等尝试将传统的络合法与离子交换法相结合，实现 了对材料中的多种金属元素的分离和回收，其中钴镍两种金属的回收率分 别达到了和。

北京矿冶研究总院河南科隆集团电源材料有限公司近年来也对失效二次 电池及其生产废料的提取工艺进行研究，但尚未见处理废旧锂离子电池的 报道。

此外，中南大学东北大学四川大学哈尔滨工业大学北京理工大学 等若干高等学校和科研院所都进行过废旧锂离子电池及其生产废料的处理 研究。

国内外专利等知识产权分析 关于废旧二次电池的处理，国内外科技工作者已申请了大量专利，主要涉及 火法处理和湿法处理两类。

在火法处理方面，澳大利亚申请了用澳斯麦特催化转炉处理废旧二次电池的专利。

澳斯麦特催化转炉是由艾萨熔炼法发展而来的，澳斯麦特公司于年 曾完成了每小时处理千克的镍氢镍镉电池的半工业试验，电池不需要分类， 直接投入催化转炉，具有极好的技术指标和环保特性。

尽管我国已经引进多台炼 铜和炼锡的艾萨熔炼炉，但艾萨熔炼炉的处理量大，很难有如此大量的废旧二次 电池供应。

在湿法冶金处理方面，主要采用溶剂萃取工艺，但主要的萃取剂和萃取工艺 都是世纪年代开发成功的，目前只有几种工业萃取剂供选择和规模应用。

故国内外的专利般仅局限于工艺参数调整等，没有根本性的大的变革。

本项目 承担单位已建成了年处理约吨的废旧电池及其生产废料的生产线，并已申 请了项国家发明专利。

因此，在废旧锂离子电池的处理工艺方面，完全可以避 免现有专利的限制，并根据自己的原料体系申请知识产权保护。

国内外技术发展趋势 对于废旧锂离子电池的处理，火法冶金和湿法冶金技术都有些进展。

典型的火法冶金工艺是澳大利亚的澳斯麦特催化转炉熔炼法。

该法具有流 程短环保彻底等优点，其缺点在于冶炼产品为合金或熔锍，需要进步处理或 外销，且回收过程的增值低，难以实现电池行业的工业生态循环。

湿法冶金工艺，即预处理浸出溶剂萃取工艺为废旧锂离子电池资源循 环利用的优选流程。

湿法冶炼工艺具有钴镍等等有价元素分离彻底，并可以直 接制备电池工业必需的原料，甚至电极材料，所回收产品的价值高，且可实现电 池工业的生态循环，其缺点是湿法处理工艺流程长，需要废水及废渣处理等严格 的环保措施，以确保无二次污染产生。

废旧二次电池将来应主要来自社会回收体系，但限于普通消费者的知识和环保意识，社区等收集的将是废旧锂离子镍氢镍镉以及干电池等混合电池， 其彻底分类将十分困难。

因此，采用选择性除杂的有价金属提取与电池正极材料 的直接制备已引起国内外科技工作者的注意。

韩国学者以等体系的热 力学为基础，曾发明了废电池浸出液净化除出有害杂质通过成分调整用柠檬 酸溶胶凝胶法共沉积焙烧干凝胶制备锂离子正极材料的新工艺。

尽管该工艺的 钴和锂回收率偏低，仅分别在和左右，比直接萃取分离镍钴的回收率 低很多，且共沉积使用的柠檬酸等成本高，但该法简化了工艺流 程，为废旧二次电池的资源循环开辟了条新思路。

目前种新型的锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂具有很好的商业前 景。

故以和等体系热力学为基础，开展废 旧二次电池的浸出选择性除杂成分调配共沉积焙烧电池材料的冶金 材料体化工艺开发，对于实现电池废电池电池的工业生态循环具有 重要的意义。

市场需求分析现有产业规模及国家和省产业技术政策 市场需求及预测 主要应用市场 示范基地的废旧锂离子电池资源循环利用工艺具有定的通用性，市场前 景好。

工程建设主要面向废旧锂离子电池及其生产废料的资源化处理，但从成本最 小化和利益最大化的原则出发，由于废旧锂离子电池及其生产废料等废料的湿法 冶炼工艺及设备是相似的，故即使在废旧锂离子电池原料供应不足的情况下，也可以处理废旧镍氢电池。

废旧锂离子电池的回收产品由其正极材料的成分而定， 主要为硫酸钴碳酸锂以及少量硫酸镍。

这些都是电池材料厂等市场短缺的重要 化工产品，预计在未来几十年内的市场前景都十分看好。

主要使用领域的需求量及未来市场预测 钴镍的主要应用领域为电池陶瓷催化剂和硬质合金等，其中二次电池的 消耗量约占，仅年已消耗钴吨左右，而我国是钴资源极为匮乏 而钴消耗量极大的电池生产大国，其中仅锂离子电池年增长速度仍在以上， 可见钴的消费量是十分巨大的。

另外，随着我国冶金化工及国防工业的快速发 展，钴的消费量也正在迅速增加参见图。

显然，我国未来数十年的钴需求 量仍然是十分巨大的，供不应求。

废旧锂离子电池的资源化循环利用示范基地的原料来源稳定，如果建立了 全国性的废旧电池体系，则可以进步扩大生产规模。

我国每年产生的废旧锂离 子电池在五亿支以上，总重量可达万吨，且增长速度很快。

另外，在电池 生产过程中会产生定量的废料，包括边角余料废粉料废浆料等，据估计， 目前国内电池厂家产生的废料就达吨月。

废旧二次电池及其生产废料中蕴 涵的镍金属计达到吨年，钴已金属计达到吨年，总回收价值约 亿元人民币。

如果建立了全国性的废旧锂离子电池的回收体系，则完全能满足较 大规模的废旧锂离子电池资源化循环利用示范基地的原料需求。

现有产业规模及国家相关产业政策 废旧锂离子电池及其生产废料含有钴镍等有价金属，均属于国家紧缺的有 色金属资源，如果不进行高效循环利用，会造成资源