新能源汽车动力电池回收再利用驱动下的经济/社会效益

在国家产业政策和市场需求的双重刺激下，三元材料产量呈现持续增长趋势。

随着中国新能源汽车产业的发展和行业内对电动汽车续航里程的需求，高能量密度的三元材料得到了广泛应用，未来三元锂离子电池的市场份额将进一步提高。

三元锂离子电池市场份额的快速增长带动了退役三元锂电池的增长。因此，回收用于三元锂离子电池的电极材料已成为电池行业的一个新的热点。

锂电池，尤其是新能源汽车动力电池，通常使用寿命为三到五年，而三元锂电池中的钴、锂和镍是高价值金属，使回收更经济。

因此，回收和再利用退役动力电池将产生显著的经济和社会效益。

回收三元有价金属的每一个过程都涉及各种处理方法，每种方法都有其优缺点。然而，目前有价值金属的回收技术具有高回收率和高纯度。

从三元材料中提取有价金属的主要方法包括酸浸和生物浸。浸出率直接关系到设备的利用和回收成本，浸出动力学也是湿法回收的一个重要研究方向。

一

从电极活性材料中浸出有价值的金属是液相和固相之间的非均相反应，发生在相界面。反应速率通过液体边界膜扩散、灰色层扩散、产物表面层扩散或表面化学反应的步骤之一来控制。

目前，研究浸出动力学的代表性模型是反应核还原模型SCM的表达式：1-（1-XB）1/3=Krt。其中，XB是固体物质的浸出率，Kr是表面化学反应的表观速率常数，t是浸出时间。

具有未反应回缩的USCM的表达式为：1-（1-XB）2/3]+2（1-XB）=Krt，Avrami方程的表达式为-ln（1-X）=ktn。其中，X是提取材料的体积分数，k是提取速率常数，t是提取时间，n是反映提取特性的参数。

上述金属浸出反应受表面化学反应控制，即浸出过程遵循化学反应控制的核还原模型。

然而，SCM模型假设提取的颗粒致密多孔，反应后没有灰层或惰性物质，因此反应总是发生在颗粒表面。

浸出金属的材料成分复杂，含有粘合剂、导电碳和其他不溶于酸的杂质。因此，在浸出反应过程中形成了疏松多孔的灰色层。在这种情况下，SCM模型显然不适用，以灰色层扩散为反应速率限制步骤的USCM模型应该更符合浸出过程。

在灰色层扩散控制模型USCM中，假设随着浸出反应的进行，颗粒尺寸也发生变化。然而，在实际浸出过程中，颗粒尺寸相对固定，因此USCM模型无法合理描述浸出过程。

从经济角度来看，拆解退役三元电池后回收Li、Ni、Co、Mn等金属的价值大于回收和处置成本，表明回收价值良好。

以LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元退役电池的回收处理为例，参考有价金属工业湿法回收的回收工艺：将退役电池拆解，采用碱溶液和酸浸共沉淀法制备前驱体合成三元电池材料，最后将三元材料用作回收产品。

目前，退役三元电池回收处理的利润相当可观，未来三元材料体系的发展趋势良好。随着三元材料比例的逐步扩大，有价值的金属原材料的增加，以及回收技术的成熟，三元材料回收将具有更好的经济价值。

二

从工业角度来看，在湿法回收的预处理阶段，碱性溶液法更容易收集到大规模的正极活性材料。

在浸出有价值金属的阶段，s……

糠酸浸出法操作简单，浸出时间短，成本低，适合工业化生产。

此外，在贵重金属的分离和提取以及再合成阶段，使用成熟的沉淀方法获得三元前驱体，并进一步固相合成三元材料，减少了各种元素的提取和分离步骤，实现了贵重金属的高效回收。

湿法回收整个过程的核心是贵重金属的浸出和化学提纯。如何将固体形式的有价金属转移到溶液中，以实现高浸出效率，从而保持有价金属的高回收率，并减少其他杂质的引入，从而获得高纯度的产品。

随着锂电池技术的快速发展和报废三元系电池数量的增加，为了获得性能更好的回收产品并形成成熟的回收体系，未来回收退役三元电池材料中的贵重金属仍有许多方面需要改进，如化学净化、，自动化拆卸以及改进的分类和回收技术。

作为电池材料，对材料纯度有很高的要求。然而，退役电池材料和回收过程复杂，不可避免地会引入一些其他杂质。如何通过简单的方法去除杂质或阻碍杂质的引入，提高回收产品的纯度，是回收过程中的关键技术，也是回收产品关注的焦点。

在预处理阶段，由于每家公司的电池尺寸不同，退役电池报废时内部化学形态复杂，给拆解工作带来了很大困难。

目前，拆卸电池组外壳和单个电池的外包装仍然是一种常见的做法。然而，对于大规模的电池拆卸，有必要考虑在拆卸过程中避免短路、火灾和爆炸等安全问题。

此外，还应注意提高拆卸效率和降低劳动力成本。因此，研究电池自动拆卸技术是未来从退役电池材料中回收有价值金属的关键。

与正极的贵重金属材料相比，负极、隔膜和电解质等其他材料的回收价值较低，关注度较低。

如果直接丢弃此类材料，将对环境造成危害，尤其是电解质中存在大量有害物质。

因此，在开发有价值的金属材料回收技术的同时，建立各种电池材料分类的回收处理方法，形成综合的分类回收技术，是退役电池材料环保资源回收的最终要求

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