废旧电池正极如何处理？一锅强热金属统统回收！

废旧锂离子电池回收是减少锂资源消耗、促进储能技术可持续发展的有效措施之一。近日，瑞典SWERIM研究所Xianfeng Hu及其同事在Journal of Power Sources上发表了一种通过高温熔融还原回收NCM正极材料中所有金属元素（Li、Ni、Co、Mn）的方法。

【技术流程】

该流程通过石墨和NCM在高温下的氧化还原反应，将Ni、Co、Mn以合金形式回收，Li则以锂盐在炉灰中富集（图1）。具体步骤包括：

图1. 回收流程示意图。图源：J. Power Sources。

1. 拆解电池获取正极材料，粉碎、过筛；

2. 于氮气中400 °C加热2小时除去附着在电极材料上的残余电解液和其他挥发性物质；

3. 于空气中750 °C加热6小时除去电极中含碳导电剂；

4. 将经以上处理后的电极材料与一定量高纯（纯度>99.9%）石墨粉混合均匀。石墨与电极材料的用量据如下反应配比且石墨过量5%：

R₂O₃（电极材料） + 3C（石墨） == 2R + 3CO (R=Ni、Mn或Co）

5. 将混合粉末盛于MgO坩埚中，于氩气氛围中加热至1600 °C（升温速率：15 °C/min）并保温3小时。

6. 自然降温至室温。坩埚中获取固体产物及炉渣；加热炉出气口的滤网上收集炉灰。

【产物分析】

作者们实验了三种使用过、含不同Ni:Co:Mn物质的量之比的NMC电极材料（EM1、EM2、EM3）。三种NMC材料均在坩埚中形成了块状金属（图2a-c）。XRD表明金属块为Co-Ni-Mn合金，但包含Fe、Cu、Cr、Si等杂质。此外，对于EM2和EM3两种Al含量较高的NMC（Al可能来自正极集流体），热处理后还生成了小块状炉渣（图2d）。XRD显示炉渣是石墨、铁和偏铝酸锂γ-LiAlO₂的混合物。作者们推测γ-LiAlO₂是由电极中的Al与Li在高温下化合而成：

Li₂O + Al₂O₃ == 2LiAlO₂

该反应将部分Li元素转变为利用价值低的炉渣内，因而会降低Li的回收效率。