鋰離子電池由正極、負極、電解液、隔膜、集流體(ti) 、外殼等部分組成。將電池的正極材料、導電劑及有機黏結劑均勻混合後塗抹在鋁箔集流體(ti) 兩(liang) 側(ce) ，將負極材料、導電劑、有機黏結劑均勻混合後塗抹在銅箔集流體(ti) 兩(liang) 側(ce) ，正負極中間用隔膜隔開，均浸在有機電解液中，最後用外殼包裹。廢舊鋰離子電池在回收之前必須徹底放電確保對人身沒有傷(shang) 害後再進行拆解，除去外殼，分離電極正、負極材料、集流體(ti) 、電解液等，然後再進行下一步的回收。

圖2 鋰離子電池的內(nei) 部結構圖

1．鋰離子電池外殼的回收

鋰電池外殼有鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，還有電池的蓋帽，即電池正負極的引出端。回收外殼前需對廢舊鋰電池進行放電預處理後方可拆解，拆解後的塑料及鐵外殼可以回收。通常有：機械粉碎與(yu) 篩分法，即通過機械破碎、過篩、分選出外殼材料；手工拆解，考慮到對人體(ti) 的傷(shang) 害情況盡量不采用這種方法；低溫冷凍後拆解，該工藝技術非常環保，但隻能回收部分金屬材料和鋰鹽，回收效率低，無法對塑料實現有效回收。

2．正極材料的回收

鋰離子電池以含鋰的化合物作正極，隻有鋰離子，無金屬鋰［4］。通常為(wei) 錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰等材料，目前大部分的鋰離子電池正極的活性物質仍采用鈷酸鋰，因鎳鈷錳酸鋰結合了錳酸鋰和鈷酸鋰兩(liang) 者材料的優(you) 勢，吸引了眾(zhong) 多研究者的興(xing) 趣，作為(wei) 電動自行車和電動汽車的動力電池頗具潛力。

表1 不同正極材料的相關(guan) 信息

隨著這種不可再生礦產(chan) 資源的耗竭，且正極材料占電池總成本的40％，如果將正極材料中的鈷、鎳、鋰等重金屬進行有效回收，變廢為(wei) 寶，實現材料的循環利用，既可以緩解礦產(chan) 資源危機又實現可持續發展，同時還將帶來巨大的經濟效益。

（1）活性物質與(yu) 集流體(ti) 的分離

首先得將正極活性物質與(yu) 導電集流體(ti) 鋁箔有效分離，才能實現正極材料的回收，目前常用的方法有 ：

①刮片。直接將正極材料從(cong) 鋁箔上刮下來，該方法會(hui) 將鋁箔集流體(ti) 刮破，產(chan) 生集流體(ti) 碎屑，使正極活性物質與(yu) 鋁箔混在一起難以分離。

②高溫焚燒。通過高溫分解去除有機黏結劑，分離鋰電池組成材料，使電池中的金屬及其化合物氧化、還原並分解，以蒸氣形式揮發後，再進行冷凝收集。

圖3 廢舊鋰離子電池粘結劑分解爐

③有機溶劑溶解。依據有機物溶解有機物的原理，采用合適的有機溶劑溶解掉正極材料中的有機黏結劑聚偏氟乙烯（ PVDF），從(cong) 而將活性物質從(cong) 鋁箔上剝離下來。目前研究較多的是有機溶劑－N－甲基吡咯烷酮（NMP），實驗證明NMP在70℃時浸泡處理正極鈷鋰膜可將活性物質完全剝離，鋁箔的金屬形態不發生任何改變可直接回收，使用後的有機溶劑可以通過蒸餾的方法將黏結劑脫除實現循環使用，唯一的缺點是NMP價(jia) 格太貴約3萬(wan) 元／ t，高額的成本使其應用受到限製。 

（2）活性物質的回收

①酸浸出：將分離得到的正極活性物質在硫酸與(yu) 過氧化氫的體(ti) 係中浸出得到Co2＋和Li＋，然後將含C o2＋和 Li＋的浸出液先用二（2－乙基己基）磷酸酯（P2O4）萃取劑除去其中的雜質離子，再用乙基己基磷酸單－2－乙基己酯（P5O7）萃取劑萃取分離水相中的鈷離子，得到的富鈷有機相。

②堿浸出：電解剝離正極活性物質時，表層的鋁會(hui) 發生氧化而生成一層致密的氧化膜，與(yu) 酸反應生成鋁離子而進入溶液中，而鋁離子對萃取劑具有毒性，故除鋁效果不理想的話直接對分離效果產(chan) 生影響。故先采用先堿浸回收鋁後再酸浸回收鈷和鋰。堿浸回收鋁的最佳條件是：溫度90℃、10％ 氫氧化鈉（NaOH）溶液，鋁的回收率達到96％；酸溶回收鈷、鋰的最佳條件是：溫度90℃、4 mol／L 硫酸溶液、固—液比1：8、反應時間100 min，鈷、鋰的浸出率達到92％。該方法可以回收廢舊鋰離子電池中有價(jia) 金屬，工藝流程簡單，對環境無二次汙染，具有一定的實用價(jia) 值。

③采用生物質秸稈硫酸體(ti) 係浸出電池渣，鈷的浸出率達到99％以上。且通過 2級、3級浸出工藝，浸出液中的酸與(yu) 有機汙染物（COD）得到充分利用。對浸出的鈷采用草酸沉澱，製備出的電池材料具有較好的放電性能。

3．負極材料的回收

鋰電池負極材料的種類繁多：①金屬材料，如鋰金屬。②無機非金屬材料，主要是碳材料、矽材料及其他非金屬的複合材料。③過渡金屬氧化物。目前應用較多的是碳、石墨類和非石墨類碳材料。鈦酸鋰因具有非常優(you) 異的循環壽命、安全性和倍率性能，也可作為(wei) 負極材料在電動汽車上使用，主要的缺點是會(hui) 降低電池的能量密度。也有一些公司開發用錫合金作負極材料，但仍處於(yu) 研究階段，應用較少。

圖4 鋰電池負極材料的多維性

導電集流體(ti) 使用厚度7～15μm的電解銅箔，故可以回收其中的銅（含量達35％左右），對於(yu) 粘附於(yu) 其上的碳粉，也可回收用作塑料、橡膠等的添加劑。因此，首先得對廢鋰電池負極組成材料進行有效分離，最大限度地實現廢鋰電池資源化利用。

通過錘振破碎有效實現碳粉與(yu) 銅箔間的相互剝離，再根據顆粒間尺寸差和形狀差的振動過篩初步分離銅箔與(yu) 碳粉。銅箔在大於(yu) 0．250 mm 粒級範圍內(nei) 富集而碳粉在小於(yu) 0．125 mm 粒徑範圍內(nei) 富集，根據粒徑不同可直接進行回收利用。對於(yu) 粒徑為(wei) 0．125～0．250 mm的破碎顆粒，采用氣流分選法實現銅與(yu) 碳粉間的有效分離。

通過錘振破碎、振動篩分與(yu) 氣流分選組合工藝可實現廢鋰電池負極材料中金屬銅與(yu) 碳粉的資源化利用。

4．有機電解液及隔膜的回收

對於(yu) 數碼類廢舊鋰離子電池電解液大多不回收，通常采用火法將其燒掉 ；而作為(wei) 動力電源的鋰離子電池其電解液占電池成本的15％左右，含有豐(feng) 富的鋰離子，回收價(jia) 值較高。而且目前常用的電解液一般都選用LiPF6的碳酸脂類有機溶液，在潮濕的空氣中，LiPF6會(hui) 水反應生成有害氣體(ti) 氟化氫，可見，有效回收電解液不僅(jin) 可以減少有害氣體(ti) 排放，還具有一定的經濟效益。鋰電池的隔膜帶有微孔結構，可以禁止電子通過而使鋰離子自由通過，一部分電解質分散於(yu) 電極和隔膜的空隙中，故一並將隔膜進行回收處理。電極、隔膜在合適的溶劑中浸泡一定時間後，電解質將完全脫出進入溶劑中。聚碳酸酯（PC）相對介電常數較大，有利於(yu) 鋰鹽的溶解。童東(dong) 革、賴瓊鈺、吉曉洋等將電解質和隔膜在PC溶劑中浸泡一段時間後，回收得到的電解質LiPF6可重新用於(yu) 電池。加拿大的一家公司曾通過低溫技術降低電解液中各組分的相對活性，然後用NaOH溶液對電解液進行中和從(cong) 而實現對鋰電池電解液的回收處理。

圖5 鋰離子電池電解液的組成成分