霍克锂电池从废弃电动汽车电池黑粉中提取电池级碳酸锂
随着全球日益普及搭载锂离子电池的电动汽车，发展高效回收方法对资源保护和环境损害缓解至关重要。本研究提出一种创新型全流程回收退役LFP电池的方法，涵盖从电池拆解到通过草酸-过氧化氢体系从黑粉中回收电池级碳酸锂及草酸钠的全过程。通过考察草酸浓度、H2O2用量等关键参数对浸出过程进行优化2体积、反应温度、持续时间和矿浆密度。在优化条件下，该反应实现了99.6%的显著锂浸出效率，同时杂质共浸出量极低。最佳参数包括：10%（w/v）草酸、100 g/L矿浆密度、5%（v/v）H2、60℃反应温度、300 rpm搅拌速度及4 h反应时间。经去除杂质后，将含Li2的净化液浓缩并副产回收草酸钠，随后加入碳酸钠沉淀Li2CO+最终获得高纯度电池级Li2CO3.最终获得高纯度碳酸锂（99.4%）。XRD等表征技术证实了回收碳酸锂的晶相特征，ICP-OES分析则确保了其高纯度。本研究提出了一种开创性的磷酸铁锂（LFP）电池闭环回收方法——涵盖从电池拆解到金属提取的完整回收流程，同时提供了可持续、盈利且环境友好的解决方案。该方案不仅支持循环经济发展，还能有效缓解废弃物管理压力。2CO3 (99.4%) was obtained. Characterization techniques such as XRD confirm the crystallographic phases of the recovered lithium carbonate, while ICP-OES analysis ensures high purity. This study presents a pioneering approach to closed-loop recycling of LFP battery as it covers the complete recycling of LFP battery starting from dismantling to metal extraction along with that is offering a sustainable, profitable and environmentally friendly solution that supports a circular economy and reduces waste management challenges.
引言
汽车行业广泛采用磷酸铁锂（LFP）电池作为电动和混合动力车辆的动力来源，这归功于其显著特性，包括经济实惠的价格、高功率输出、长使用寿命、低毒性、热稳定性以及出色的可逆性[1]。随着电动汽车、混合动力电动汽车和大容量储能设备产量的持续激增，磷酸铁锂电池的需求也出现了大幅增长[2]。目前，磷酸铁锂(LFP)电池价格约为每千瓦时95美元，与钛酸锂(LTO)、镍锰钴(NMC)、锰酸锂(LMO)和镍钴铝(NCA)电池相比存在约30%的显著成本差距。市场动态更倾向于具有成本优势的LFP电池，推动了该行业的快速扩张。2023年全球LFP电池市场规模为175.4亿美元，预计到2031年将增长至489.5亿美元，年复合增长率(CAGR)达13.85%[3]。据预测，到本年代末全球将有超过100万块电动汽车电池达到使用寿命终点。此外，到2040年，废弃锂离子电池(LIBs)的年产量预计将突破1400万块[4]。LFP电池的大规模应用带来了重大的经济与环境问题[5]。失效磷酸铁锂电池的处置存在重大生态隐患，不当处理可能导致地下水与土壤污染，进而引发严重的环境退化[6][7]。鉴于锂提取的高成本与产品质量的不稳定性，回收利用成为减轻环境影响、促进可持续经济增长的关键途径[8]。从废弃磷酸铁锂电池中回收锂对维持供应链稳定、保护原生资源及缓解经济压力具有关键作用，这使得回收成为不可或缺的必然选择。随着电动汽车领域磷酸铁锂电池的使用量预计将在未来数年激增，开发创新回收技术与优化现有方法对确保可持续性至关重要。
目前已提出多种从废旧磷酸铁锂(LFP)电池中回收有价金属的方法论，包括高温火法冶金工艺、化学湿法冶金方法以及生物辅助湿法冶金技术。湿法冶金因其金属回收率高、能耗低且排放少等显著优势而备受关注，被认为是一种极具前景的回收途径[9][10]。研究者们已采用HCl、HNO3等强无机酸3及H22SO44为从废旧LFP电池中提取金属[11]，传统酸浸法的环境危害性促使有机酸作为可行替代方案受到广泛关注。本研究重点探讨抗坏血酸、草酸、柠檬酸、苹果酸等有机酸浸出技术在废旧LFP电池有价金属回收中的应用，其核心优势在于可持续性与生态足迹的降低。该工艺包含预处理阶段，通过机械方式回收黑粉，具体包括电池放电、破碎、粉碎和分离等工序[11][12]。我们的方法不仅展现了铝箔和铜箔等金属回收的优势，还能同步提取电池级碳酸锂及副产品草酸钠。草酸浸出工艺额外产生草酸钠副产品，这对印度国内市场尤为重要——该国草酸钠进口量占全球29%，位居世界第二，国内产能无法满足内部需求。因此，我们提出了一种基于草酸-过氧化氢体系的选择性浸出方法，通过优化温度、反应时间以及精确调控草酸与过氧化氢的用量和浓度等条件。该技术为有价金属回收提供了高效、选择性、经济且环保的解决方案。
