废锂电池没有发生破损现象,与生活垃圾一起填埋会污染环境吗？

手机锂离子电池用时间久了会出现鼓包现象，受外力后可能出现破损，电池中含有不稳定的电解质溶液，泄露会污染环境。其电解质六氟磷酸锂（LiPF6）在潮湿的空气中会分解生成有害物质，而碳酸酯类有机溶剂会对水、大气和土壤造成严重污染，严重危害生态系统。即使废锂电池没有发生破损现象，但如果与生活垃圾一起填埋，久而久之，渗出的重金属钴、铜等也会对环境构成潜在的污染。数据显示，1个20g的废旧手机锂电池可污染6000m3的水资源、污染1km2的土地长达50年左右。可见，如果将数以百亿块的手机废电池随意和垃圾一起处置，对人类环境所造成的污染可想而知。

其实，废旧锂电池可以回收再利用，如一些有价重金属极具回收价值。通常，废旧锂离子电池中钴、锂、镍的比例分别为5%～15%、2%～7%、0.5%～2%，这些金属都是一次资源。尤其是金属钴，因没有单独的矿床，大多伴生于铜、镍矿中，且品位较低，故非常稀少、价格较贵，如果得到有效回收可缓解我国钴资源紧缺的问题。除此之外，废旧锂电池中还含有铜、铝、铁等金属元素，都可以回收再利用，实现物尽其用、变废为宝，不仅环境效益显著，而且经济效益客观。

废旧锂电池回收处理，有助于形成“生产—回收—再生产”的循环链，解决废旧锂电池污染和废物利用的问题，实现新能源汽车的持续发展，缓解我国战略金属资源紧缺局面。

二、锂离子电池回收处理技术

锂离子电池由正极、负极、电解液、隔膜、集流体、外壳等部分组成。将电池的正极材料、导电剂及有机黏结剂均匀混合后涂抹在铝箔集流体两侧，将负极材料、导电剂、有机黏结剂均匀混合后涂抹在铜箔集流体两侧，正负极中间用隔膜隔开，均浸在有机电解液中，最后用外壳包裹。废旧锂离子电池在回收之前必须彻底放电确保对人身没有伤害后再进行拆解，除去外壳，分离电极正、负极材料、集流体、电解液等，然后再进行下一步的回收。

1.锂离子电池外壳的回收

锂电池外壳有钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，即电池正负极的引出端。回收外壳前需对废旧锂电池进行放电预处理后方可拆解，拆解后的塑料及铁外壳可以回收。通常有：机械粉碎与筛分法，即通过机械破碎、过筛、分选出外壳材料；手工拆解，考虑到对人体的伤害情况尽量不采用这种方法；低温冷冻后拆解，该工艺技术非常环保，但只能回收部分金属材料和锂盐，回收效率低，无法对塑料实现有效回收。

2.正极材料的回收

锂离子电池以含锂的化合物作正极，只有锂离子，无金属锂。通常为锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂等材料，目前大部分的锂离子电池正极的活性物质仍采用钴酸锂，因镍钴锰酸锂结合了锰酸锂和钴酸锂两者材料的优势，吸引了众多研究者的兴趣，作为电动自行车和电动汽车的动力电池颇具潜力。

随着这种不可再生矿产资源的耗竭，且正极材料占电池总成本的40%，如果将正极材料中的钴、镍、锂等重金属进行有效回收，变废为宝，实现材料的循环利用，既可以缓解矿产资源危机又实现可持续发展，同时还将带来巨大的经济效益。

（1）活性物质与集流体的分离

首先得将正极活性物质与导电集流体铝箔有效分离，才能实现正极材料的回收，目前常用的方法有：

①刮片。直接将正极材料从铝箔上刮下来，该方法会将铝箔集流体刮破，产生集流体碎屑，使正极活性物质与铝箔混在一起难以分离。

②高温焚烧。通过高温分解去除有机黏结剂，分离锂电池组成材料，使电池中的金属及其化合物氧化、还原并分解，以蒸气形式挥发后，再进行冷凝收集。

③有机溶剂溶解。依据有机物溶解有机物的原理，采用合适的有机溶剂溶解掉正极材料中的有机黏结剂聚偏氟乙烯(PVDF)，从而将活性物质从铝箔上剥离下来。目前研究较多的是有机溶剂——N-甲基吡咯烷酮（NMP），实验证明NMP在70℃时浸泡处理正极钴锂膜可将活性物质完全剥离，铝箔的金属形态不发生任何改变可直接回收，使用后的有机溶剂可以通过蒸馏的方法将黏结剂脱除实现循环使用，唯一的缺点是NMP价格太贵约3万元/t，高额的成本使其应用受到限制。

④电解剥离。采用电解工艺分离电池正极材料与铝箔集流体。以废锂电池正极为阴极，铅为阳极，溶有柠檬酸的稀硫酸溶液为电解液，在一定的电流密度下电解15～30min，活性物质从铝箔上脱落掉入溶液中，过滤得到电解液与电池渣。钴在低酸度条件下其浸出率达到50%，电流效率达到70%以上。

（2）活性物质的回收

①酸浸出：将分离得到的正极活性物质在硫酸与过氧化氢的体系中浸出得到Co2+和Li+，然后将含Co2+和Li+的浸出液先用二(2-乙基己基)磷酸酯（P2O4）萃取剂除去其中的杂质离子，再用乙基己基磷酸单-2-乙基己酯（P5O7）萃取剂萃取分离水相中的钴离子，得到的富钴有机相。

②碱浸出：电解剥离正极活性物质时，表层的铝会发生氧化而生成一层致密的氧化膜，与酸反应生成铝离子而进入溶液中，而铝离子对萃取剂具有毒性，故除铝效果不理想的话直接对分离效果产生影响。故先采用先碱浸回收铝后再酸浸回收钴和锂。碱浸回收铝的最佳条件是：温度90℃、10%氢氧化钠（NaOH）溶液，铝的回收率达到96%；酸溶回收钴、锂的最佳条件是：温度90℃、4mol/L硫酸溶液、固—液比1∶8、反应时间100min，钴、锂的浸出率达到92%。该方法可以回收废旧锂离子电池中有价金属，工艺流程简单，对环境无二次污染，具有一定的实用价值。

③采用生物质秸秆硫酸体系浸出电池渣，钴的浸出率达到99%以上。且通过2级、3级浸出工艺，浸出液中的酸与有机污染物（COD）得到充分利用。对浸出的钴采用草酸沉淀，制备出的电池材料具有较好的放电性能[7]。

④通过化学反应直接生成正极材料。上述几种方法都是先将铝、钴分离出来，若要得到正极材料还需进行进一步的合成，工艺过程繁杂，成本高。如果在分离的过程中直接合成得到正极材料，则可以大大简化生产工艺，提高经济效益。废极片中正极材料只是在使用过程中结构发生了劣化，只要在有效分离后进行调整就可以重新使用。直接综合利用废旧锂离子电池的锂、镍、钴、锰等有价金属，不需对镍、钴、锰、锂等元素进行分离，元素利用率高，节约原料成本。