新能源时代,锂电池如何回收善循环
锂电池是一种二次电池，其主要依靠锂离子在正极和负极之间的移动来完成充放电工作，具有能量密度高、自放电率低、重量轻、高低温适应性强、且具备高功率承受力等优势，目前已被广泛应用于手机、笔记本电脑、电动工具、电动车、家用电器、航空航天等多领域，而且近年来随着新能源汽车行业的兴起，市场对锂电池的需求也将会进一步扩大。
锂电池不含有铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质，一直是绿色环保电池的首选，但由于锂电池的使用寿命有限，大量的废旧锂电池亦会随之产生，有数据显示，年我国废弃的锂电池将超过亿只，总重超过50万吨。面对数量如此庞大的废弃锂电池，如何处理又将是我们面临的新的难题。
正所谓风险与挑战共生，机遇与发展并存，废弃锂电池回收处理技术也是应运而生，年至今，该技术领域相关专利的申请趋势逐年上升，而且从全球地域分布来看，废弃锂电池回收问题势必成为全球不可避免的热点话题，目前市场潜力巨大。
近十年申请趋势分析数据来自：incoPat
全球地域分布数据来自：incoPat
虽然锂电池中不包含汞、镉、铅等重金属元素，但如果不对其进行回收处理或者处理不当，也会给环境带来严重污染。当电池正极的金属离子、电解液中的有机物、负极的碳材料等进入环境后，就有可能引起土壤PH值的增高、产生有毒气体危害人体健康等。
然而，锂电池结构复杂，与其他电池相比，回收工艺也更复杂，再利用难度较大。即便如此，但锂电池的回收价值却是不容忽视的。锂电池负极一般使用石墨材料，按照正极材料的不同，又可进一步分为钴酸锂(LCO)、镍酸锂(LNO)、镍钴锰酸三元锂(NCM)、磷酸铁锂(LFP)、锰酸锂(LMO)等不同类型。其中，就以钴而言，我国钴资源储量约为8万吨，仅占全球钴资源总储量的1.14%，有数据显示，如果废旧锂电池能够得到充分的回收利用，每年大约可回收钴吨，仅这一项就价值万以上，同时还可有效缓解钴资源进口压力。所以，无论是从环境保护还是从经济效益来看，推动废弃锂电池的回收势在必行。
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废弃锂电池的回收处理过程主要包括预处理、二次处理和深度处理三个阶段，首先是预处理阶段，就是将废弃锂电池先深度放电，放电方式有两种，物理放电即短路放电，先用液氮低温冷却，然后穿孔强制放电，还有一种就是化学放电，即用导电溶液电解放电。放完电的锂电池还需要进行破碎和物理筛选才能进入二次处理阶段；二次处理的目的在于实现正负极活性材料与基底的完全分离，常用的方法有热处理法、溶解法以及电解法等；最后就是深度处理阶段，这也是锂电池回收处理中最为关键的一个环节，主要包括浸出和分离提纯两个过程，用以提取金属材料。根据提取工艺的不同可进一步分为干法回收、湿法回收和生物回收等技术。
干法回收技术是指不通过溶液等媒介，直接实现电池材料或有价金属的回收。主要方法有物理分选法和高温热分解法。专利CNB中提到物理分选法是指将电池拆解分离，对电极活性物、集流体和电池外壳等电池组分经破碎、过筛、磁选分离、粉碎和分类，从而得到有价值的高含量的物质。其操作简单，但是在筛分时容易出现机械夹带损失，难以实现金属的完全分离回收。
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高温热分解法是指将初步分离得到的锂电池材料，进行高温分解去除有机粘合剂，同时锂电池中的金属及其化合物氧化还原并分解，以蒸汽形式挥发，然后再用冷凝等方法收集。该处理技术工艺简单，操作方便，但在处理过程中，电池有机物分解会产生有害气体。中国矿业大学(北京)在年申请的专利CN10859050.8实施案例1中，将有机粘结剂高温产生的烟气与电芯破碎过程产生的挥发有机物点燃并加入生石灰，使含氟含磷的酸性气体转化为氟化钙和磷酸钙，实现了无害化处理。
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湿法回收技术在当前应用比较广泛，其是利用合适的化学试剂溶解废弃锂电池中的正极材料，选择性分离出浸出液中金属元素的一种方法。湿法冶金工艺比较适合回收化学组成相对单一的废旧锂电池，但需要消耗大量酸碱溶液，还会产生大量废水，不适合大规模工业化处理。中国科学院过程工程研究所在年申请的专利CN10461656.1中设计并合成了一种羧基功能化离子液体，有效的解决了这一弊端，具有良好的应用前景。
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生物浸出法是利用微生物菌类的代谢过程来实现对钴、锂等金属元素的选择性浸出。年华南理工大学将生物冶金技术与电控离子分离膜技术相结合，提供了一种利用微生物从废弃锂电池中回收贵金属的方法，实现了贵金属离子的高效、选择性分离，促进了浸出液的循环使用，降低了废弃锂电池资源化再利用的成本和能耗。生物冶金成本低，回收效率高，污染和消耗少，且微生物可以重复利用，但培养微生物菌类条件要求苛刻，处理时间长。
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可以看出，无论哪种方法都有其不足之处，要克服该领域内现有技术的不足，我们仍需努力探索。通过对锂电池回收处理技术做生命周期分析可发现，申请人数量与专利数量正呈现逐年持续增长趋势，说明该技术目前也正处于高速发展期，未来一切可期。
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