鋰離子電池以含鋰的化合物作正極，只有鋰離子，無金屬鋰。通常為錳酸鋰、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(zhì)仍采用鈷酸鋰，因鎳鈷錳酸鋰結合了錳酸鋰和鈷酸鋰兩者材料的優(yōu)勢，吸引了眾多研究者的興趣，作為電動自行車和電動汽車的動力電池頗具潛力。

隨著這種不可再生礦產(chǎn)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，變廢為寶，實現(xiàn)材料的循環(huán)利用，既可以緩解礦產(chǎn)資源危機又實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，同時還將帶來巨大的經(jīng)濟效益。

(1)活性物質(zhì)與集流體的分離

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

①刮片。直接將正極材料從鋁箔上刮下來，該方法會將鋁箔集流體刮破，產(chǎn)生集流體碎屑，使正極活性物質(zhì)與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、還原并分解，以蒸氣形式揮發(fā)后，再進行冷凝收集。

③有機溶劑溶解。依據(jù)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)，從而將活性物質(zhì)從鋁箔上剝離下來。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(zhì)完全剝離，鋁箔的金屬形態(tài)不發(fā)生任何改變可直接回收，使用后的有機溶劑可以通過蒸餾的方法將黏結劑脫除實現(xiàn)循環(huán)使用，唯一的缺點是NMP價格太貴約3萬元/t，高額的成本使其應用受到限制。

④電解剝離。采用電解工藝分離電池正極材料與鋁箔集流體。以廢鋰電池正極為陰極，鉛為陽極，溶有檸檬酸的稀硫酸溶液為電解液，在一定的電流密度下電解15~30min，活性物質(zhì)從鋁箔上脫落掉入溶液中，過濾得到電解液與電池渣。鈷在低酸度條件下其浸出率達到50%，電流效率達到70%以上。

(2)活性物質(zhì)的回收

①酸浸出：將分離得到的正極活性物質(zhì)在硫酸與過氧化氫的體系中浸出得到Co2+和Li+，然后將含Co2+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(zhì)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(zhì)時，表層的鋁會發(fā)生氧化而生成一層致密的氧化膜，與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(chǎn)生影響。故先采用先堿浸回收鋁后再酸浸回收鈷和鋰。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℃、4mol/L硫酸溶液、固—液比1∶8、反應時間100min，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金屬，工藝流程簡單，對環(huán)境無二次污染，具有一定的實用價值。

③采用生物質(zhì)秸稈硫酸體系浸出電池渣，鈷的浸出率達到99%以上。且通過2級、3級浸出工藝，浸出液中的酸與有機污染物(COD)得到充分利用。對浸出的鈷采用草酸沉淀，制備出的電池材料具有較好的放電性能[7]。

④通過化學反應直接生成正極材料。上述幾種方法都是先將鋁、鈷分離出來，若要得到正極材料還需進行進一步的合成，工藝過程繁雜，成本高。如果在分離的過程中直接合成得到正極材料，則可以大大簡化生產(chǎn)工藝，提高經(jīng)濟效益。廢極片中正極材料只是在使用過程中結構發(fā)生了劣化，只要在有效分離后進行調(diào)整就可以重新使用。直接綜合利用廢舊鋰離子電池的鋰、鎳、鈷、錳等有價金屬，不需對鎳、鈷、錳、鋰等元素進行分離，元素利用率高，節(jié)約原料成本。

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、硅材料及其他非金屬的復合材料。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(yōu)異的循環(huán)壽命、安全性和倍率性能，也可作為負極材料在電動汽車上使用，主要的缺點是會降低電池的能量密度。也有一些公司開發(fā)用錫合金作負極材料，但仍處于研究階段，應用較少。導電集流體使用厚度7~15μm的電解銅箔，故可以回收其中的銅(含量達35%左右)，對于粘附于其上的碳粉，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(xiàn)廢鋰電池資源化利用。

通過錘振破碎有效實現(xiàn)碳粉與銅箔間的相互剝離，再根據(jù)顆粒間尺寸差和形狀差的振動過篩初步分離銅箔與碳粉。銅箔在大于0.250mm粒級范圍內(nèi)富集而碳粉在小于0.125mm粒徑范圍內(nèi)富集，根據(jù)粒徑不同可直接進行回收利用。

對于粒徑為0.125~0.250mm的破碎顆粒，采用氣流分選法實現(xiàn)銅與碳粉間的有效分離。通過錘振破碎、振動篩分與氣流分選組合工藝可實現(xiàn)廢鋰電池負極材料中金屬銅與碳粉的資源化利用。

4.有機電解液及隔膜的回收

對于數(shù)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

富的鋰離子，回收價值較高。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會水反應生成有害氣體氟化氫，可見，有效回收電解液不僅可以減少有害氣體排放，還具有一定的經(jīng)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(zhì)分散于電極和隔膜的空隙中，故一并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后，電解質(zhì)將完全脫出進入溶劑中。聚碳酸酯(PC)相對介電常數(shù)較大，有利于鋰鹽的溶解。童東革、賴瓊鈺、吉曉洋等將電解質(zhì)和隔膜在PC溶劑中浸泡一段時間后，回收得到的電解質(zhì)LiPF6可重新用于電池。

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，然后用NaOH溶液對電解液進行中和從而實現(xiàn)對鋰電池電解液的回收處理。