關(guān)鍵詞：新能源汽車；廢舊鋰電池；特性分析；回收處理技術(shù)

中圖分類號：TM912.9 文獻標識碼：A

0引言

新能源汽車的興起，推動了鋰電池技術(shù)的飛速發(fā)展，而隨著電動汽車的普及，廢舊鋰電池的處理問題日益凸顯。鋰電池作為新能源汽車的核心能源存儲單元，其組成與結(jié)構(gòu)決定了其性能與壽命，同時也影響著廢舊電池的處理方式和效率。對廢棄鋰電池進行不恰當?shù)奶幚聿粌H導致資源的不必要浪費，還可能帶來環(huán)境的巨大污染。對廢棄的鋰電池特性進行詳盡的分析研究，構(gòu)成了尋找高效率和環(huán)境友好回收技術(shù)的基礎(chǔ)先決條件[1]。

1廢舊鋰電池的特性分析

鋰電池主要由正極、負極、電解質(zhì)和隔膜四部分組成。正極材料通常是含有鋰元素的金屬氧化物，如鈷酸鋰、錳酸鋰等，它們能夠提供鋰離子，是電池釋放能量的關(guān)鍵。負極則主要由石墨等碳材料構(gòu)成，負責接收和儲存鋰離子。電解質(zhì)則是鋰離子傳輸?shù)慕橘|(zhì)，通常是有機溶劑和鋰鹽的混合物。隔膜則用于隔離正負極，防止短路，同時允許鋰離子的通過。

1.2廢舊鋰電池的失效機制

廢棄鋰電池失效的機制涉及電池性能逐漸降低到無法達到其預定使用標準的階段，此過程會受到各種因素的干擾，如各種化學作用、物理損害、熱效應及外部環(huán)境狀況等。從化學反應的角度來看，鋰電池在充電和放電的階段，正負極材料與電解解間會產(chǎn)生錯綜復雜的電化學反應。隨著循環(huán)過程的增加，這些材料的結(jié)構(gòu)完整性會逐步下降，這可能會導致活性物質(zhì)的流失、電極的變形和鋰離子的傳輸阻抗上升，從而可能進一步導致電池容積的下降和內(nèi)部電阻的增多。

物理傷害也被視為引發(fā)鋰電池故障的關(guān)鍵原因。電池在生產(chǎn)和使用的各個階段，由于機械擺動和溫度波動等原因，可能會引發(fā)電極材質(zhì)微觀形態(tài)的各種變化，比如產(chǎn)生裂痕和它們的擴張。這些物理傷害可能進一步促使電池容量減少并增加內(nèi)部阻抗。

電池在其充放電過程中會產(chǎn)生大量熱能，這些熱量如果沒有被充分釋放，就可能導致電池內(nèi)的溫度上升，并進一步觸發(fā)一系列不良反應，例如電解物的分解和電極材料的腐蝕。這些反應不僅消耗了電池內(nèi)的活性成分，而且可能導致氣體的生成，進而引發(fā)電池體積擴張乃至爆炸。如果電池管理系統(tǒng)（BMS）設(shè)計不當，或出現(xiàn)故障，它有可能在諸如過充放、過熱等極端情況下繼續(xù)工作，進而減少電池的使用期限[2]。

1.3鋰電池中有害物質(zhì)的識別與評估

在鋰電池的組成中，除了含有價值的金屬元素如鋰、鈷、鎳、錳等，還存在著一系列有害物質(zhì)，這些物質(zhì)若未經(jīng)妥善處理，將對環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴重威脅。因此，對鋰電池中的有害物質(zhì)進行準確的識別與評估，是確保廢舊鋰電池回收處理過程環(huán)境友好的重要環(huán)節(jié)。

對鋰電池中有害物質(zhì)的識別與評估需要借助一系列先進的分析技術(shù)。例如，采用X射線熒光光譜（XRF）可以快速、無損地檢測電池中的重金屬含量；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）技術(shù)則能準確分析電池中的有機溶劑和電解質(zhì)殘留物。此外，電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）等技術(shù)也被廣泛應用于鋰電池中有害物質(zhì)的定量分析。有害物質(zhì)的識別與評估并非易事，鋰電池中的物質(zhì)組成復雜，有害物質(zhì)往往以微量的形式存在，且在電池的不同生命周期階段其含量和形態(tài)可能發(fā)生變化[3]。

2廢舊鋰電池回收處理技術(shù)綜述

2.1物理回收技術(shù)

廢棄鋰電池的回收技術(shù)屬于一個跨學科和技術(shù)高度綜合的領(lǐng)域，物理回收技術(shù)因其操作簡潔和高回收效率等優(yōu)點，在實際應用場景中獲得了一定的重視。物理回收方法主要利用機械手段，如破碎、篩選和分離，將廢棄的鋰電池中的有價金屬和其他可用資源進行有效分離，達到對資源的重新利用（圖1）。廢鋰電池預處理作為物理回收技術(shù)的初始環(huán)節(jié)，通常涵蓋電池的放電活動、拆卸以及外殼去除等多個環(huán)節(jié)。這一措施旨在將電池組件從電池內(nèi)分離，從而為將來進行機械加工打下堅實基礎(chǔ)。

在這個流程當中，使用自動化設(shè)備能夠顯著提升運算效能與安全保障。機械碎裂被認為是物理回收技術(shù)的關(guān)鍵步驟，它通過專門的碎裂設(shè)備把電池單元內(nèi)的電極物料、隔膜和電解質(zhì)等各種成分粉碎成微小顆粒。這些微小的顆粒接著會經(jīng)過氣流篩選或震動篩選技術(shù)，按照其粒度的大小進行分離工作，從而完成有價值金屬的初步富集過程。

物理回收技術(shù)也涵蓋了一系列的成分分離與精煉過程。比如，利用磁性分離方法可以消除電池里的鐵磁元素；采用浮選法能夠分離出有機成分和其他的輕質(zhì)物料；進一步的化學或物理吸附處理能夠凈化貴重金屬。這些不同的技術(shù)組合運用，有助于顯著提升回收流程的效率與潔凈度[4]。

2.2化學回收技術(shù)

化學回收技術(shù)作為廢舊鋰電池回收處理領(lǐng)域中的另一種關(guān)鍵技術(shù)，主要通過化學反應將電池中的有價金屬和其他有價值物質(zhì)提取出來（圖2）。相較于物理回收技術(shù)，化學回收技術(shù)在回收率和純度方面具有明顯優(yōu)勢，但同時也伴隨著化學反應帶來的環(huán)境風險和操作復雜性?；瘜W回收技術(shù)主要包括濕法冶金、火法冶金和生物冶金等方法。

濕法冶金是應用最為廣泛的一種化學回收技術(shù)，它通過溶液中的化學反應，將電池中的有價金屬轉(zhuǎn)化為可溶解的化合物，然后通過萃取、電積等步驟進行分離和提純。這種方法可以有效回收鋰電池中的鋰、鈷、鎳和錳等有價金屬，回收率高，且對環(huán)境影響相對較小。

火法冶金則是一種高溫處理方法，它通過高溫熔煉和精煉，將電池中的有價金屬轉(zhuǎn)化為金屬熔融物，然后通過冷卻和分離，得到純凈的金屬。這種方法適用于處理含有多種有價金屬的廢舊鋰電池，但其能耗較高，且會產(chǎn)生大量的廢氣和固體廢物，對環(huán)境造成較大壓力。

生物冶金則是一種新興的回收技術(shù)，它利用微生物或酶的催化作用，將電池中的有價金屬轉(zhuǎn)化為可溶解的形式，然后通過萃取和電積進行回收。這種方法具有操作簡便、成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點，但目前仍處于實驗室研究階段，尚未實現(xiàn)工業(yè)化應用。

化學回收技術(shù)在廢舊鋰電池回收處理領(lǐng)域具有巨大潛力，但同時也面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，化學反應過程中可能產(chǎn)生有害氣體和廢液，對環(huán)境和人體健康造成威脅[5]。

2.3生物回收技術(shù)

生物回收技術(shù)，因其環(huán)保、簡單和低成本的特點，已經(jīng)吸引了眾多的關(guān)注和研究。這技術(shù)是通過微生物和酶的催化能力，把電池內(nèi)部的高價值金屬轉(zhuǎn)變成溶解的狀態(tài)，并采用萃取技術(shù)與電積方法來實現(xiàn)回收。與傳統(tǒng)的化學和物理回收法相比，生物回收方法在降低環(huán)境污染及提升材料回收效益方面顯示出了其突出的優(yōu)勢。主流的技術(shù)手段涵蓋了生物浸出、生物吸附技術(shù)和生物積累過程。

生物浸取出是通過利用微生物或它們的代謝產(chǎn)物來溶解廢鋰電池內(nèi)的有價值金屬，進而實現(xiàn)從固態(tài)到流態(tài)的金屬轉(zhuǎn)換。

生物學吸附技術(shù)是通過微生物或其衍生物來吸收金屬離子，進一步從溶液中富集和分離這些金屬。通過微生物的累積，能夠收集到金屬離子，然后利用微生物技術(shù)進行金屬的回收過程。上述方法不僅操作簡潔、環(huán)境友好并且條件適中，而且它們對生態(tài)環(huán)境十分友好，不會釋放出有害的廢棄物。

盡管生物回收技術(shù)在現(xiàn)實場景中已有廣泛應用，但它仍然存在一些技術(shù)難題，包括微生物的篩選和培養(yǎng)過程異常苛刻，數(shù)據(jù)處理時間漫長，以及在大規(guī)模工業(yè)化場景中所需面對的技術(shù)挑戰(zhàn)[6]。

3污染控制技術(shù)在廢舊鋰電池回收處理中的應用

3.1污染預防措施

污染預防措施的實施可以在源頭上減少污染物的產(chǎn)生和排放，降低對環(huán)境和人體健康的影響。這些措施主要包括以下幾個方面。

（1）優(yōu)化電池設(shè)計和制造工藝，采用更環(huán)保、可持續(xù)的材料，減少有害物質(zhì)的使用。例如，在正極材料中選擇無鈷或低鈷材料，以減少對環(huán)境的污染。同時，通過改進電池的封裝和結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高電池的安全性和穩(wěn)定性，減少電池在運輸、存儲和使用過程中的環(huán)境風險。

（2）加強電池的使用和維護管理，通過智能電池管理系統(tǒng)（BMS）實時監(jiān)測電池的狀態(tài)，避免過充、過放等不當使用方式，延長電池使用壽命，減少廢舊電池的產(chǎn)生。

（3）通過電池的梯次利用和再生利用，將廢舊電池應用于儲能、備用電源等領(lǐng)域，實現(xiàn)電池的最大化利用。

（4）加強廢舊鋰電池的收集和運輸管理，建立完善的回收體系，確保廢舊電池能夠及時、安全地送至回收處理企業(yè)。

3.2污染治理技術(shù)

在廢舊鋰電池的回收處理環(huán)節(jié)中，處理污染的技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用，主要目的是管理和凈化那些已經(jīng)產(chǎn)生的污染物質(zhì)，以降低它們對環(huán)境及人類健康的隱患。

氣體污染治理技術(shù)應該有效地處理廢舊鋰電池在回收過程中釋放出的有害氣體，比如SO2和NOx。為了降低這些氣體釋放，可以選擇如活性炭吸附、氧化還原法以及吸收法等的多種技術(shù)。

廢水處理的技術(shù)手段是針對含有有毒金屬離子與有機化學成分的污水進行的處理。處理方案主要涵蓋膜分離工藝、離子交換方法以及高級氧化工藝等多種技術(shù)，目的在于清除廢水里存在的有害物質(zhì)，并以確保廢水滿足排放準則。

固體廢物處理技術(shù)應當處理在回收過程中生成的固體副產(chǎn)品，比如廢渣和廢棄電極材料。為了降低廢物的產(chǎn)生并減少其潛在風險，這類廢物可以采用如固化或穩(wěn)定化、熱處理以及資源回收利用等方法處理。

生物處理技術(shù)與電化學治理等多種污染處理手段也被應用在回收廢舊鋰電池的流程中，這有助于增強整體的污染控制效果。

3.3污染監(jiān)測與評估

在廢舊鋰電池的回收與處理流程中，污染監(jiān)測與評價具有至關(guān)重要的作用。這種監(jiān)測手段在迅速識別并處置污染事件中極為關(guān)鍵，有助于預防污染物給環(huán)境和人類健康帶來的傷害，還對廢棄的鋰電池回收生產(chǎn)廠附近的空氣、水以及土壤的品質(zhì)進行了定期的觀測。健康風險評價也是環(huán)境監(jiān)測和評估中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，此評價方法是基于評估廢棄鋰電池回收時的污染物，目的是探究這些污染物對人體健康可能產(chǎn)生的危害。。

4結(jié)束語

本文通過對新能源汽車廢舊鋰電池的特性分析、回收處理技術(shù)以及污染控制技術(shù)的綜述，強調(diào)了電池的組成與結(jié)構(gòu)、失效機制和有害物質(zhì)識別與評估的重要性。同時，介紹了物理、化學和生物回收技術(shù)，以及污染預防措施、污染治理技術(shù)和污染監(jiān)測與評估在廢舊鋰電池回收處理中的應用。研究結(jié)果表明，廢舊鋰電池回收處理技術(shù)的發(fā)展對于實現(xiàn)資源的高效利用和環(huán)境保護具有重要意義。未來的研究應繼續(xù)探索更高效、環(huán)保的回收處理技術(shù)，以及加強污染監(jiān)測與評估，以推動廢舊鋰電池回收處理行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

作者簡介：

岳東，碩士，工程師，主要研究方向為生態(tài)學。

莊亞芹，碩士，工程師，主要研究方向為水文地質(zhì)。

曲曉文，本科，工程師，主要研究方向為環(huán)境科學、環(huán)境工程。

馬曉龍，碩士，工程師，主要研究方向為環(huán)境工程。