李丽：废旧锂离子电池回收处理技术与资源化再生技术进展

5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

北京理工大学教授李丽在储能电池专场，发表了题为“废旧锂离子电池回收处理技术与资源化再生技术进展”的精彩演讲。

演讲内容如下：

李丽：

今天跟大家交流的题目是关于锂离子电池回收处理技术及资源化再生技术进展。这是今天汇报题目的内容，首先我们看看能源背景，这些数据在2017年美国能源信息中心关于国际能源展望的数据分析。可以看到从1990-2015年，以及对2014年期间的预测。传统化学能源，包括煤、石油、天然气稳步增长。可以关注绿色曲线，这是关于可再生能源，发展趋势迅猛。在可再生能源中，风能和太阳能发展最为迅速。关于新能源的发展面临非常多的挑战，这个数据是关于中美及一些国家在电动汽车保有量的数据统计。2016年，全球电动汽车，包括EV和PHEV的保有量超过200万辆，2017年超过300万辆。电动汽车的发展作为其中核心部件之一，锂离子电池用量非常多，我们随之考虑电池成本和能源的节约，电池回收利用是关键的研究领域。

这是关于锂离子电池回收的数据，我们对近期在这方面的数据。左上角绿色点曲线是2011年到去年年底统计的，关于电动汽车用锂离子电池的增长趋势，2017年产量达到32GWh。对于锂电池中的两个主流体系：磷酸铁锂和三元。从柱形图可以看到不同组份的三元电池，包括611、532等，以及磷酸铁锂金属元素分配的比例，我们会跟踪每种金属的价格。可以看到金属股的价格居高不下。2017年股平均价格达到每吨5.5万美元，2018年1月其价格上升到7.7美元每吨。对于碳酸锂，达到2.5万美元每吨。从电池成本的降低及对环境的影响两个角度，纵观锂离子电池的生命周期。原材料价格的提升对后期电池及成组后的价格有非常大的影响。关于能源的消耗、规模及对环境的影响也会增加其成本。在使用过程中，我们谈到对电池寿命的延长，一定程度上会降低电池的成本。最后是如何把它废弃后进行有效的回收和再利用。

这是我们在科研领域做的统计，左图从2002年开始，关于锂电池的回收文件非常少，有一部分是关于铅酸的。从2002年后，文章的数目量有非常大的增加。在中国、韩国、巴西、印度、美国、澳大利亚等国家，中国的贡献量最大。研究机构显示的是清华大学、北京理工大学、韩国地理地质研究所和中科院文章的分布量。饼型图是不同的附件，包括隔膜等。95%集中在正极，对于单体电池来讲正极成本占95%，所以主要研究在正极，5%左右在负极和电解液。

从目前的发展趋势来看有以下研究方向，首先用湿法，后期进行分离和除杂，最后对请出进行再生和合成。合法，关键步骤在高温下进行溶液，产物杂杂质比较高。预处理，之前大家对预处理的关注度不够，现在很多国内外企业对电池处理理投入了非常大的精力，包括前期的筛分、破碎等，有很多预处理的手段。纵观电池全生命周期，如何使整个电池全生命周期的能耗降到最低。

关于国内外在这方面的最新研究进展。关于预处理，从左图可以看到预处理的基本流程，不同的电池体系，其电解液、SOH会严重影响破碎过程中释放出的产物。柱形图可以明显看到主要气体释放量是DMC、EMC、二氧化碳等，这是全球变暖的主要元凶。右图是粉碎后对金属的主要影响。我们经过充放电后，用透射电镜可以看到正负极表面被均匀的有机物包裹，势必会影响后期浮选的过程，我们要先对电池材料预处理，使有机物进行分解，降解为非常小的分子，后期在疏水过程中很好的分离。

2017年文献报告集中的方法，这是用钴酸锂等，我们知道二者可以重新组建形成氯化锂，后期要跟水请出，使氯化锂电和钴进行有效分离。

关于活法，之前企业报道不多，文献做了前期的探索。这是关于现场再现的金属熔炼过程，针对不同体系，包括钼酸锂、钴酸锂和三元电质材料。把温度设置为700-900度之间，以碳酸锂的形式成为碳酸锂的产物。主要是金属的氧在高温下非常容易出来，最后形成碳酸锂。这是正极的直接再生，其工作是在肌理分析基础上，任何一种材料经过充放电循环后，在金格上形成了磷酸铁、氧化铁和五氧化二磷等，重新合成磷酸铁锂材料。这是加州大学所做的，有类似之处。这是湿法的核心部分。这是关于请出的合成，我们希望合成具有高附加值的产物，这是合成催化剂材料、石墨烯材料。

这是我们实验室的工作，主要依托国家973计划项目的资助，目前在计划过程中。整个实验室平台集中二次电池、能源才俩设计与工况仿真的实验研究平台、性能评价研究平台、原位设备合成。由于科技组研发方向非常多，今天跟大家汇报的是关于回收和再利用方面。

我们的研究特色是如何使目前企业采用的回收技术，一方面具有经济性，另一方面具有环境友好性。我们的工作集中在以下几方面，简单汇报去年和今年的研究进展。

第一篇工作发表在2018年，我们对电解材料进行请出，最后合成三元材料。

第二篇工作是对有机材料进行请出，再进行再生，最终材料的性能是非常不错的。这篇工作是我们刚发表的关于氯酸的工作，非常具有代表性的工作之一。

第三篇工作是引进美国佛罗里达大学副教授的研究，用作污染水体中氮磷具有吸附剂自高之一，碳材料可以用于磷的吸附，大概是5-6倍的数量级。

这是氧化锰和人工石墨的附和，主要吸收重金属，吸附量在99%以上。

最后在研究领域简要的提出三个方向，一是Efficiency，二是Economy，三是Environment。