回收废旧电池制备功能材料研究进展(2)

4 回收废旧电池制备功能材料

近年来，废旧电池作为一种有回收价值的二次资源受到了越来越多研究学者的关注。功能材料在制备过程中往往需要大量的金属物质，而废旧电池中含有超过50%的金属[16-17]，因此可以将废旧电池中回收得到的金属再利用制备成为各种功能材料，从而在节约功能材料制备成本的同时又解决了废旧电池难处置、危害大的问题。

4.1 传统方法处理废旧电池制备功能材料

目前关于废旧电池回收方面的研究很多，根据回收废旧电池所采用工艺的不同，可以将废旧电池的处理技术分为火法、湿法和生物法这三类[18-20]。

4.1.1 火法处理废旧电池制备功能材料

火法又称干法或焚烧法。该方法首先需要对废旧电池进行预处理以取得电池中的活性材料，然后通过添加化学计量的其他金属化合物对材料中金属离子的比例进行调整，最后再进行高温煅烧从而制备得到功能材料[21-22]。

Bahgat 等[23]将废旧锂离子电池正极材料在500℃下进行热处理，获得了碳粉和LiCoO2，再通过计算加入一定量的Fe2O3，最后在1000℃下加热4h得到了/CoFe2O4复合材料。该复合材料具备优良的矫顽力和饱和磁化强度，可作为一种永磁材料使用。Nie 等[24]回收了废旧锂离子电池，首先将其正极材料进行热处理去除掉其中的聚偏氟乙烯（PVDF）和乙炔碳黑，再通过计算加入相应化学计量的Li2CO3，并在900℃下通过高温烧结，再生制备出了LiCoO2。该方法制备得到的LiCoO2具有良好的电化学性能，其放电容量在80 次循环后仍可达到150mA·h/g 以上。Li 等[25]采用二甲基乙酰胺（DMAC）处理废旧锂离子电池的正电极，从中将活性物质分离提取出来，然后对活性材料进行高温煅烧，将其中的碳以及聚偏氟乙烯去除，并加入LiOH·H2O 等物质调整Li/Co 的摩尔比为1∶1，最后在850℃下煅烧12h 合成了新的LiCoO2。研究结果表明，合成的LiCoO2在0.2C 倍率下首次放电容量可达到160mA·h/g，且经过50次循环后放电容量仍可达到145.2mA·h/g。

火法具有工艺简单的优点，但此方法对能源的消耗较高，且由于燃烧过程中会产生废气污染环境，因此还需增加净化设备，大大增加了回收成本[26-27]。

4.1.2 湿法处理废旧电池制备功能材料

湿法包括焙烧-浸出法和直接浸出法，但湿法处理废旧电池制备功能材料主要采用的是直接浸出法。直接浸出法具体指将回收得到的废旧电池进行破碎、洗涤等一系列预处理后，直接加入化学试剂使废旧电池中的金属物质溶解，从而回收金属用于制备功能材料。

Miyake 等[28]将废旧镍氢电池的负极材料取出，采用HCl 溶解废旧镍氢电池负极材料中的金属镍，并以为载体，制备出了负载的镍基催化剂，并考察了其在800℃下CH4重整方面的性能。研究表明，该催化剂在CH4转化方面表现出优异的催化活性和稳定性，在24h 内CH4转化率可以持续达到80%以上。Pegoretti 等[29]以废旧锂离子电池的正极材料为原料，采用H2SO4溶液浸出废旧锂离子电池正极材料中的钴和锂，进而合成了高温（HT）LiCoO2作为析氧反应的电催化剂。循环伏安法和计时电流法测试结果表明，使用高温LiCoO2比使用Ni 和Pt 作为析氧电催化剂时的氧的析出电位更低，仅为0.35V。Zhang等[30]将废旧锌锰电池中的MnOx经过酸浸、氧化、干燥及煅烧处理后得到了纳米晶MnO2，而后将Cu(NO3)2·3H2O用纯水溶解，将Cu(NO3)2溶液滴加到MnO2上，得到Cu/MnO2催化剂。合成的催化剂7Cu/MnO2（Cu 负载质量7%）具备良好的稳定性和较高的CO催化活性，在120℃时就可以实现CO 的完全转化，并且水蒸气的引入对催化剂氧化CO 的活性基本没有影响。Yao等[31]采用D,L-苹果酸处理废旧锂离子电池正极材料，然后通过调整金属离子的比例和溶液的pH，合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电极材料。实验测试结果表明，重新合成的电极材料在0.2C 倍率下首次放电容量为147.2mA·h/g，在0.5C 倍率下经过100次循环后容量保持率可达到95.06%，具备良好的电化学性能。在产业化方面，格林美公司先对回收得到的废旧锂离子电池进行破碎、分选等预处理，然后将废旧锂离子电池正极材料经过酸浸、萃取分离处理后得到了CoSO4溶液，再通过共沉淀法制备出了三元前体产品[32]，实现了锂离子电池的循环再生。

湿法对处理设备及操作环境没有特殊的要求，目前应用相对较为广泛。但湿法的操作过程相对繁琐，且由于湿法会使用到一系列的试剂，因此极易造成二次污染。

4.1.3 生物法处理废旧电池制备功能材料

文章来源：《金属功能材料》 网址: http://www.jsgncl.cn/qikandaodu/2021/0122/376.html