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鋰離子電池回收與資源化技術(shù)

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2021-06-01
開(kāi)本： 24cm 頁(yè)數(shù)： 10,377頁(yè)
中 圖 價(jià):¥148.5(7.9折) 定價(jià)  ¥188.0 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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鋰離子電池回收與資源化技術(shù) 版權(quán)信息

鋰離子電池回收與資源化技術(shù) 內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)結(jié)合國(guó)內(nèi)外鋰離子電池技術(shù)及電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì), 基于鋰離子電池回收與資源化驅(qū)動(dòng)因素及其關(guān)鍵材料失效機(jī)理分析, 系統(tǒng)介紹了鋰離子電池電極材料回收與資源再生綜合利用技術(shù)、電解液回收與無(wú)害化技術(shù)、電池回收效益成本與市場(chǎng)可行性分析等, 并對(duì)電池回收領(lǐng)域的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)解析、機(jī)遇與挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié)展望。

鋰離子電池回收與資源化技術(shù) 目錄

目錄
序
前言
第1章 鋰離子電池回收與資源化驅(qū)動(dòng)因素 1
1.1 環(huán)境污染減量 2
1.1.1 電池回收處理方式 2
1.1.2 環(huán)境污染減量與管控 3
1.2 經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動(dòng) 8
1.2.1 退役鋰離子電池回收的經(jīng)濟(jì)性分析 8
1.2.2 電池回收經(jīng)濟(jì)模型與收益評(píng)估 10
1.2.3 資源回收經(jīng)濟(jì)效益現(xiàn)狀 13
1.3 戰(zhàn)略資源定位 14
1.3.1 鈷 14
1.3.2 鋰 16
1.3.3 鎳 18
1.3.4 錳 20
1.3.5 鋰離子電池關(guān)鍵電極材料資源性分析 20
1.4 政策標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo) 21
1.4.1 國(guó)外政策 21
1.4.2 國(guó)內(nèi)政策 24
參考文獻(xiàn) 29
第2章 鋰離子電池關(guān)鍵材料失效機(jī)理分析 32
2.1 鋰離子電池失效現(xiàn)象及檢測(cè)分析 32
2.1.1 失效現(xiàn)象 32
2.1.2 失效檢測(cè)分析 34
2.1.3 失效分析流程設(shè)計(jì) 38
2.2 電極材料失效機(jī)制 38
2.2.1 正極材料失效機(jī)制分析 39
2.2.2 負(fù)極材料失效機(jī)制分析 48
2.2.3 電解液及隔膜失效機(jī)制 53
2.3 失效機(jī)制與回收利用之間的耦合關(guān)聯(lián) 57
2.3.1 正極材料的耦合關(guān)聯(lián) 58
2.3.2 其他材料的耦合關(guān)聯(lián) 63
參考文獻(xiàn) 64
第3章 鋰離子電池正極材料回收處理技術(shù) 68
3.1 通用回收技術(shù) 68
3.1.1 火法冶金回收技術(shù) 68
3.1.2 濕法冶金回收技術(shù) 72
3.2 可降解有機(jī)酸綠色回收技術(shù) 77
3.2.1 螯合功能有機(jī)酸 79
3.2.2 還原功能有機(jī)酸 86
3.2.3 沉淀功能有機(jī)酸 90
3.2.4 其他有機(jī)酸 91
3.3 高效復(fù)合聯(lián)用技術(shù) 97
3.3.1 熔鹽焙燒法 98
3.3.2 機(jī)械化學(xué)法 106
3.3.3 其他回收技術(shù) 109
參考文獻(xiàn) 113
第4章 鋰離子電池正極材料資源再生綜合利用技術(shù) 117
4.1 鋰離子電池前驅(qū)體及材料再生制備技術(shù) 117
4.1.1 固相合成法 118
4.1.2 水熱合成法 121
4.1.3 溶膠凝膠法 123
4.1.4 電沉積再生法 125
4.2 資源高值化綜合利用技術(shù) 128
4.2.1 材料精細(xì)加工制備 129
4.2.2 新型功能材料合成 130
4.3 電池材料短程修復(fù)技術(shù) 133
4.3.1 高溫原位修復(fù) 133
4.3.2 電化學(xué)補(bǔ)鋰 136
4.3.3 其他直接修復(fù)技術(shù) 137
參考文獻(xiàn) 139
第5章 鋰離子電池負(fù)極材料回收與資源化綜合利用技術(shù) 143
5.1 引言 143
5.2 鋰離子電池負(fù)極材料回收技術(shù) 144
5.2.1 負(fù)極材料深度凈化技術(shù) 144
5.2.2 負(fù)極材料選擇性提鋰技術(shù) 146
5.3 鋰離子電池負(fù)極材料資源化再利用技術(shù) 151
5.3.1 再生鋰離子電池負(fù)極材料 152
5.3.2 再生超級(jí)電容器電極材料 161
5.3.3 再生環(huán)境吸附及功能材料 166
5.4 總結(jié)與展望 188
參考文獻(xiàn) 189
第6章 鋰離子電池電解液回收與無(wú)害化技術(shù) 194
6.1 鋰離子電池電解液的組成和危害 195
6.1.1 電解液的組成 195
6.1.2 電解液的危害 195
6.2 鋰離子電池電解液回收技術(shù) 196
6.2.1 真空蒸餾法 197
6.2.2 堿液吸收法 199
6.2.3 物理法 201
6.2.4 萃取法 204
6.2.5 其他方法 218
6.3 總結(jié)與展望 222
參考文獻(xiàn) 221
第7章 鋰離子電池全生命周期環(huán)境足跡評(píng)價(jià) 224
7.1 環(huán)境足跡理論體系與評(píng)價(jià)方法 224
7.1.1 生命周期評(píng)價(jià)的基本方法 224
7.1.2 環(huán)境足跡和足跡家族評(píng)價(jià)體系 227
7.1.3 鋰電池環(huán)境性分析及環(huán)境足跡評(píng)價(jià) 229
7.1.4 鋰離子電池環(huán)境足跡軟件平臺(tái)設(shè)計(jì) 230
7.2 鋰離子電池足跡家族生命周期評(píng)價(jià)及應(yīng)用 231
7.2.1 目標(biāo)范圍與定義 231
7.2.2 評(píng)價(jià)對(duì)象清單分析 232
7.2.3 環(huán)境足跡分析：碳足跡 239
7.2.4 環(huán)境足跡分析：水足跡 246
7.2.5 環(huán)境足跡分析：生態(tài)足跡 246
7.2.6 綜合分析評(píng)價(jià) 256
7.3 足跡家族計(jì)算的軟件實(shí)現(xiàn) 256
7.3.1 軟件系統(tǒng)介紹 257
7.3.2 軟件運(yùn)行環(huán)境 257
7.3.3 系統(tǒng)功能模塊 258
參考文獻(xiàn) 264
第8章 動(dòng)力電池環(huán)境評(píng)價(jià)與實(shí)例分析 267
8.1 典型二次電池環(huán)境影響評(píng)價(jià)概況 267
8.1.1 二次電池環(huán)境影響評(píng)價(jià) 267
8.1.2 不同類型動(dòng)力電池的環(huán)境影響 269
8.1.3 基于環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果的分析 271
8.2 典型二次電池生命周期環(huán)境評(píng)價(jià)方法 273
8.2.1 生命周期評(píng)價(jià)含義與技術(shù)框架 273
8.2.2 生命周期評(píng)價(jià)相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法體系 275
8.2.3 本研究的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)以及生命周期評(píng)價(jià)方法體系 276
8.2.4 相應(yīng)環(huán)境潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 280
8.3 動(dòng)力電池環(huán)境評(píng)價(jià)實(shí)例研究 285
8.3.1 目的與范圍定義 285
8.3.2 清單分析 286
8.3.3 環(huán)境影響評(píng)價(jià) 291
8.3.4 評(píng)價(jià)結(jié)果與討論 294
8.3.5 不確定性分析與探討 296
參考文獻(xiàn) 298
第9章 動(dòng)力電池回收效益成本與市場(chǎng)可行性分析 299
9.1 電池回收的經(jīng)濟(jì)性分析 299
9.1.1 廢舊鋰離子電池的種類與構(gòu)成 299
9.1.2 鋰離子電池回收的經(jīng)濟(jì)性分析 300
9.1.3 鋰離子電池回收經(jīng)濟(jì)性分析的總結(jié)與補(bǔ)充 304
9.2 電池回收的工業(yè)可行性分析 304
9.2.1 動(dòng)力電池回收現(xiàn)狀分析 304
9.2.2 動(dòng)力電池回收的可行性分析 306
9.2.3 電池回收工業(yè)處理現(xiàn)狀 309
9.2.4 電池回收工業(yè)的成本分析 310
9.3 鋰離子電池回收的市場(chǎng)可行性 314
9.3.1 動(dòng)力電池回收供給與需求平衡 314
9.3.2 動(dòng)力電池回收市場(chǎng)規(guī)模與空間 317
9.3.3 動(dòng)力電池回收市場(chǎng)的宏觀政策支持 321
9.3.4 未來(lái)動(dòng)力電池回收市場(chǎng)趨勢(shì) 322
9.4 鋰離子電池回收技術(shù)的效益成本核算分析 327
參考文獻(xiàn) 328
第10章 學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)解析、機(jī)遇挑戰(zhàn)和前景展望 330
10.1 國(guó)內(nèi)外二次電池回收專利發(fā)展態(tài)勢(shì)分析 330
10.1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與檢索方法 330
10.1.2 全球?qū)＠赜蚍植技吧暾?qǐng)趨勢(shì)分析 331
10.1.3 重要專利申請(qǐng)人國(guó)別及專利布局態(tài)勢(shì) 334
10.1.4 專利申請(qǐng)技術(shù)構(gòu)成 335
10.2 國(guó)內(nèi)外二次電池回收文獻(xiàn)解析與思考 338
10.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與檢索方法 338
10.2.2 全球文章發(fā)表趨勢(shì)分析 339
10.2.3 主要文獻(xiàn)發(fā)表國(guó)家/地區(qū) 339
10.2.4 全球文獻(xiàn)發(fā)表主要機(jī)構(gòu)及作者統(tǒng)計(jì)分析 341
10.2.5 文獻(xiàn)發(fā)表技術(shù)構(gòu)成分析 342
10.2.6 高被引頻次文獻(xiàn)分析 348
10.3 鋰離子電池回收與資源化的機(jī)遇挑戰(zhàn)和前景展望 351
10.3.1 政策先行 352
10.3.2 技術(shù)攻關(guān) 355
10.3.3 體系完善 360
10.3.4 回收模式 361
10.3.5 環(huán)保意識(shí) 362
參考文獻(xiàn) 363
附表典型二次電池生命周期評(píng)價(jià)清單列表 365
展開(kāi)全部

鋰離子電池回收與資源化技術(shù) 節(jié)選

第1章 鋰離子電池回收與資源化驅(qū)動(dòng)因素 　　伴隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程加快和能源需求日益高漲，鋰離子電池因具有高能量密度、高工作電壓、高安全性、寬工作溫度范圍、長(zhǎng)循環(huán)壽命、無(wú)記憶效應(yīng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于3C電子產(chǎn)品［即計(jì)算機(jī)（computer）、通信（com-munication）和消費(fèi)電子產(chǎn)品（consumer electronic）三類電子產(chǎn)品的簡(jiǎn)稱］、新能源電動(dòng)汽車、單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、航空航天、水下潛艇等領(lǐng)域，全球鋰離子電池產(chǎn)銷總量和市場(chǎng)規(guī)模隨之快速提升。目前，鋰離子電池正處于由消費(fèi)類電子產(chǎn)品等小型電池市場(chǎng)向以電動(dòng)汽車（electric vehicle，EV）和電動(dòng)自行車為代表的電動(dòng)交通工具等模塊動(dòng)力電池市場(chǎng)轉(zhuǎn)移的發(fā)展階段，同時(shí)以大規(guī)模移動(dòng)通信基站電源市場(chǎng)為代表的儲(chǔ)能市場(chǎng)也逐步登上歷史舞臺(tái)。 　　國(guó)際能源署數(shù)據(jù)顯示，2005～2010年，全球電動(dòng)汽車（包括電池電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車）銷售量從1670輛增加到 12480輛。到2015年，電動(dòng)汽車保有量累計(jì)達(dá)125.6萬(wàn)輛，約為 10年前的752倍[1]。2016年全球電動(dòng)汽車銷量繼續(xù)增加，超過(guò)了75萬(wàn)輛，全球電動(dòng)汽車保有量達(dá) 200萬(wàn)輛，較2015年增加 60%，達(dá)到歷史新高。其中，95%以上的銷售量主要集中在中國(guó)、美國(guó)、日本、加拿大、挪威、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、尼德蘭及瑞典等少數(shù)國(guó)家。中國(guó)在全球電動(dòng)汽車銷售量中的份額超過(guò)了40%，成為全球昀大電動(dòng)汽車市場(chǎng)。 2017年全球電動(dòng)汽車銷售量比上年增加54%，首次突破100萬(wàn)輛，中國(guó)占半數(shù)以上，其次是美國(guó)，全球電動(dòng)汽車保有量累計(jì)突破300萬(wàn)輛關(guān)口。2019年電動(dòng)汽車全球銷量突破210萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)40%。與此同時(shí)，動(dòng)力電池的需求量隨之大幅增加，預(yù)計(jì)2015～2024年，全球?qū)︿囯x子電池的需求將達(dá)到2210億美元[2]。 　　隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，大批動(dòng)力電池將陸續(xù)進(jìn)入退役期。國(guó)際市場(chǎng)研究（Research and Markets）機(jī)構(gòu)在 2020年初發(fā)布的研究報(bào)告顯示[3]，2019年全球鋰離子電池回收市場(chǎng)規(guī)模約為15億美元，預(yù)計(jì)到 2025年將增至122億美元；到2030年，全球鋰離子電池回收市場(chǎng)規(guī)模將穩(wěn)增至181億美元，2025～2030年復(fù)合年均增長(zhǎng)率為8.2%。 　　中國(guó)是全球電動(dòng)汽車及大規(guī)模儲(chǔ)能用鋰離子電池回收的昀大市場(chǎng)之一。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國(guó)動(dòng)力電池 PACK行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測(cè)與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》[4]，自 2018年起，我國(guó)新能源汽車動(dòng)力鋰離子電池開(kāi)始陸續(xù)進(jìn)入大規(guī)模退役階段，約11.99GW h，其中，三元電池8.85GW h，磷酸鐵鋰（LFP）電池3.14GW h。2020年，動(dòng)力鋰離子電池回收量預(yù)計(jì)達(dá)到25.57GW h；至2022年，回收量將接近45.80GW h，2018～2022年年均復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)在59.10%以上。截至2020年底，預(yù)計(jì)全國(guó)累計(jì)報(bào)廢量將達(dá)1.2×105～1.5×105t；到2025年，動(dòng)力鋰離子電池年報(bào)廢量將達(dá)到5.0×105t的規(guī)模。 　　鋰離子電池退役后若處置不當(dāng)，其電極材料、電解質(zhì)等不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，還會(huì)造成資源的極大浪費(fèi)。隨著退役鋰離子電池規(guī)模不斷擴(kuò)大，其資源化回收處理的必要性也日益凸顯，主要體現(xiàn)在環(huán)境污染減量、經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動(dòng)、戰(zhàn)略資源定位、政策標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)四方面。從環(huán)境污染減量角度考慮，退役鋰離子電池含有大量重金屬化合物、有機(jī)物等難降解物質(zhì)，對(duì)環(huán)境將產(chǎn)生潛在負(fù)面危害；從經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動(dòng)角度考慮，下游對(duì)原材料需求的持續(xù)快速增長(zhǎng)導(dǎo)致鈷資源供需格局轉(zhuǎn)為短缺，鈷價(jià)將高位運(yùn)行并具備進(jìn)一步上行空間，國(guó)內(nèi)少數(shù)城市已對(duì)動(dòng)力電池回收增設(shè)基金補(bǔ)貼，一旦落實(shí)對(duì)行業(yè)是重大利好；從戰(zhàn)略資源定位角度考慮，鋰離子電池中含有鈷（Co）、鋰（Li）、鎳（Ni）、錳（Mn）等價(jià)值較高的金屬，我國(guó)鈷和鎳資源匱乏，儲(chǔ)量分別僅占全球的1%和3.4%，對(duì)外依存度分別是97%和86%。全球鈷礦上游資源主要被嘉能可、洛陽(yáng)鉬業(yè)、歐亞資源等跨國(guó)礦企控制，僅極少數(shù)國(guó)內(nèi)企業(yè)收購(gòu)剛果優(yōu)質(zhì)鈷礦，鈷資源成為動(dòng)力電池及上游正極材料廠家的“必爭(zhēng)之地”。因此，針對(duì)退役鋰離子電池開(kāi)展回收與再生利用具有一定的必要性和緊迫性。此外，國(guó)內(nèi)外紛紛出臺(tái)電池回收處理相關(guān)法律、法規(guī)及政策規(guī)范，極大地推動(dòng)了退役鋰離子回收行業(yè)集中有序和規(guī)范化發(fā)展。 　　鑒于該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與態(tài)勢(shì)，退役鋰離子電池回收利用關(guān)鍵技術(shù)方面的產(chǎn)學(xué)研合作尤為重要，同時(shí)應(yīng)逐步完善鋰離子電池行業(yè)規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，建立鋰離子電池回收利用全閉環(huán)體系，以解決鋰離子電池在進(jìn)入生命周期末端后所帶來(lái)的潛在環(huán)境污染和資源浪費(fèi)等問(wèn)題，進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)可持續(xù)健康有序發(fā)展。 　　1.1 環(huán)境污染減量 　　十九大召開(kāi)以來(lái)，國(guó)家對(duì)生態(tài)文明建設(shè)重視程度和環(huán)保力度提升，環(huán)保督察嚴(yán)格執(zhí)行，問(wèn)題企業(yè)強(qiáng)制停產(chǎn)整改，對(duì)重點(diǎn)污染企業(yè)進(jìn)行排放監(jiān)測(cè)，各部門(mén)嚴(yán)格落實(shí)“綠水青山就是金山銀山”的理念。鋰離子電池中各種金屬化合物、有機(jī)物及其對(duì)環(huán)境有害的污染物是其退役后可能帶來(lái)的一系列環(huán)境問(wèn)題的潛在污染源，它們將嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和人類健康，影響社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。 　　1.1.1 電池回收處理方式 　　1. 焚燒減量 　　退役鋰離子電池中有機(jī)物在高溫焚燒下容易揮發(fā)，隨著焚燒后溫度逐漸降低，焚燒煙氣結(jié)為顆粒狀物質(zhì)，在一定程度上會(huì)產(chǎn)生密集度較高的粉塵，對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。退役鋰離子電池中重金屬在焚燒體系中的分布形態(tài)主要是由其內(nèi)部重金屬揮發(fā)所決定的。伴隨著大量有毒氣體的排放，重金屬揮發(fā)率逐漸加快，而低揮發(fā)性重金屬物質(zhì)在焚燒期間不會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)現(xiàn)象，其焚燒產(chǎn)物一般集中在殘骸中，之后進(jìn)入土壤或滲入地下水系。排放至空氣中的微量金屬物質(zhì)主要是以顆粒物形式存在，大約占所有雜物的0.04%。 　　2. 土壤填埋 　　退役鋰離子電池中部分重金屬物質(zhì)通過(guò)溶解滲濾至地下土層，將直接污染地下水和土壤，造成周圍居民生活飲用水污染等問(wèn)題。由于重金屬在黏土層中移動(dòng)較緩慢，很難從天然黏土層中滲透到大氣環(huán)境中，即退役鋰離子電池中的重金屬不會(huì)快速地從土壤中滲濾出來(lái)，故采取填埋措施前，應(yīng)在一定程度上充分考慮土壤對(duì)于重金屬物質(zhì)的吸納能力，以及能否使用土壤填埋處置退役鋰離子電池中的污染物質(zhì)。此外，電池退役后如果直接被扔進(jìn)垃圾填埋場(chǎng)，將面臨“熱逃逸”等安全風(fēng)險(xiǎn)，原因在于電池內(nèi)部所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)將使電池升溫而導(dǎo)致熱失控，導(dǎo)致引發(fā)燃燒、起火、爆炸等安全隱患。 　　3. 資源化利用 　　退役鋰離子電池資源化利用是一個(gè)復(fù)雜且艱巨的系統(tǒng)工程。目前，資源化利用方法主要有火法工藝、濕法工藝及真空熱處理工藝；鸱▽㈦姵啬ニ楹笏屯鶢t內(nèi)加熱，得到易揮發(fā)金屬及合金材料，工藝簡(jiǎn)單，但能耗高，極易產(chǎn)生二次污染；濕法則是將破碎分選后的電池粉末材料置于浸出劑中反應(yīng)，然后利用化學(xué)沉淀、電化學(xué)沉積、離子交換或萃取分離等方法回收有價(jià)金屬離子。濕法具有產(chǎn)品純度高、工藝靈活等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在流程長(zhǎng)、成本高等問(wèn)題；真空熱處理是指在真空條件下通過(guò)蒸發(fā)和冷凝回收金屬，工藝簡(jiǎn)單，基本無(wú)二次污染，具有一定經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。 　　資源化利用在某種程度上可減輕退役鋰離子電池所帶來(lái)的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，但在其收集、運(yùn)輸、回收處理和資源化再利用等環(huán)節(jié)中，如果沒(méi)有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的管理規(guī)范、處理設(shè)備和資源循環(huán)利用技術(shù)，將直接導(dǎo)致資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。 　　1.1.2 環(huán)境污染減量與管控 　　鋰離子電池涉及污染物主要包括銅、鎳、鈷、錳等金屬元素，以及電解質(zhì)、隔膜、有機(jī)溶劑等。其中，鈷、鎳、錳元素均具有一定生物學(xué)毒性，隨意丟棄會(huì)污染土壤和水源。鈷元素是人體必需的一種微量元素，但過(guò)量鈷會(huì)引起紅細(xì)胞增生；錳慢性中毒將導(dǎo)致持久性精神、認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)功能損害；膠體鎳或氯化鎳毒性較大，可引起中樞性循環(huán)和呼吸紊亂，使心肌、腦、肺和腎出現(xiàn)水腫、出血和變性。若退役鋰離子電池沒(méi)有得到妥善回收處理而隨意丟棄到環(huán)境中，這些不能被生物降解的重金屬元素將會(huì)通過(guò)食物鏈和生物富集效應(yīng)昀終匯集到人體內(nèi)，嚴(yán)重威脅人類身體健康。 　　鋰離子電池材料中另一個(gè)主要污染源是電解液。目前，商業(yè)化鋰離子電池大部分使用液態(tài)有機(jī)電解液，其中，有機(jī)溶劑如果不經(jīng)過(guò)任何處理直接排放到環(huán)境中同樣會(huì)造成污染；溶質(zhì)大多采用六氟磷酸鋰，其遇水產(chǎn)生氫氟酸，有劇毒而且腐蝕性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成極大污染。而其他部分，諸如外殼材料和隔膜，一般是高分子塑料制品，這些難降解物質(zhì)在環(huán)境中的持久性及廣域的分散性，對(duì)環(huán)境與生態(tài)影響較大。 　　北京理工大學(xué)吳鋒院士曾提出：“1個(gè)20g重的手機(jī)電池扔在水里，可以污染3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游泳池容積的水，若丟棄在土地上，可使1km2土地污染50年左右”[5]。試想，如果100多千克的電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池廢棄在大自然中，又將是何種情形呢？大量的有毒化學(xué)物質(zhì)和重金屬進(jìn)入大自然，將對(duì)生態(tài)造成無(wú)法預(yù)估的破壞，產(chǎn)生惡劣影響。 　　眾所周知，無(wú)論何種類型的電池，使用后隨意丟棄都會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大污染。美國(guó)已將鋰離子電池歸類為一種具有易燃性、浸出毒性、腐蝕性、反應(yīng)性等的有毒有害電池，是各類電池中包含毒害性物質(zhì)較多的電池[6]。作為新能源汽車行業(yè)應(yīng)用昀為廣泛的動(dòng)力電池，鋰離子電池雖不含汞、鎘、鉛等毒害重金屬元素，但其電極材料、電解質(zhì)溶液等物質(zhì)中含有大量潛在的有害物質(zhì)。例如，電解質(zhì)LiPF6較容易地從退役鋰離子電池中溶解遷移到自然環(huán)境的各類水體中。相關(guān)研究表明，在沒(méi)有回收或處理的情況下，動(dòng)力鋰離子電池中潛在的有害物質(zhì)極易在自然環(huán)境中發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，如水解、氧化和分解等[7]，對(duì)人類健康產(chǎn)生不利影響，并極大地造成環(huán)境污染，主要包括以下幾個(gè)方面。 　　1. 重金屬污染 　　雖然鈷不被認(rèn)為是有毒金屬，但人體中鈷含量超標(biāo)可導(dǎo)致金屬病的形成。據(jù)報(bào)道，精神病學(xué)（手震顫、不協(xié)調(diào)、認(rèn)知減退、抑郁、眩暈、聽(tīng)力損失和視覺(jué)改變）、心臟（心律失常和心肌。┖蛢(nèi)分泌癥狀與鈷水平增加有關(guān)。此外，體內(nèi)鈷含量升高還會(huì)對(duì)細(xì)胞造成其他影響，包括淋巴細(xì)胞功能異常、趨化因子分泌和大鼠腦缺血改變。Mao等和Curtis等報(bào)道了醫(yī)用過(guò)程中非正常鈷的攝入可以影響人體健康[8，9]。 　　鋰鹽中除了具有高度腐蝕性和刺激性的氫化鋰（LiH）、四氫鋁酸鋰（LiAlH4）和四氫硼酸鋰（LiBH4）外，其他鋰鹽毒性不大。鋰毒性的主要靶器官是中樞神經(jīng)系統(tǒng)，在治療躁狂抑郁癥時(shí)，鋰被用于治療膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。從化學(xué)性質(zhì)來(lái)看，鋰類似于鈉，但毒性更大，5g的LiCl可以導(dǎo)致人類致命中毒。而碳酸鋰（Li2CO3）和乙酸鋰（LiCH3COO）在精神病學(xué)中的應(yīng)用劑量接近昀大攝入量水平。血液中鋰含量達(dá)到10mg/L時(shí)，人會(huì)出現(xiàn)輕度鋰中毒，超過(guò)15mg/L時(shí)會(huì)出現(xiàn)精神錯(cuò)亂和言語(yǔ)障礙，而達(dá)到20mg/L時(shí)則有死亡風(fēng)險(xiǎn)。此外，治療性劑量下的Li的確會(huì)損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)和腎臟，鋰還會(huì)影響從細(xì)胞黏菌到人類的多種有機(jī)體的新陳代謝、神經(jīng)元通訊和細(xì)胞增殖[10]。 　　錳是植物、動(dòng)物及人體健康必需的微量元素之一。成人體內(nèi)錳的總量較少，僅為10～20mg，但錳是人體多種酶的必需成分，如精氨酸酶、脯氨酸酶、丙酮酸羧化酶。錳參與體內(nèi)各種氧化還原過(guò)程及造血過(guò)程，錳攝入量過(guò)高會(huì)影響人的飲食及消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致骨骼疾病。錳過(guò)量可以使神經(jīng)細(xì)胞凋亡、多巴胺脫羧酶破壞，導(dǎo)致中樞神經(jīng)傳導(dǎo)功能障礙以及誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)損傷神經(jīng)系統(tǒng)，從而使人體出現(xiàn)智力下降、行為異常等一系列神經(jīng)癥狀。此外，長(zhǎng)期接觸錳化合物過(guò)多的人群，易患震顫麻痹綜合征，癥狀為頭昏、頭痛、記憶力減退、易疲勞繼而肌肉震顫，容易跌倒、口吃、喪失勞動(dòng)能力等[11]。 　　鎳同樣為人體必需的生命元素之一，但過(guò)量鎳則會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。鎳對(duì)人皮膚的危害昀大，可引起接觸性皮炎，又稱“鎳癢癥”或“鎳疥”，且鎳及其化合物對(duì)人皮膚黏膜和呼吸道有刺激作用，可引起皮炎和氣管炎，甚至引發(fā)肺炎？诜罅挎嚂(huì)出現(xiàn)嘔吐、腹瀉等癥狀，發(fā)生急性胃腸炎和齒齦炎。鎳還具有生物累積效應(yīng)，在腎、脾、肝中積存昀多，可誘發(fā)鼻

鋰離子電池回收與資源化技術(shù) 作者簡(jiǎn)介

陳人杰，北京理工大學(xué)材料學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。擔(dān)任部委能源專業(yè)組委員、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)理事（能源轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)材料分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)）、中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)固態(tài)離子學(xué)分會(huì)理事、靠前電化學(xué)能源科學(xué)院（IAOEES）理事、中國(guó)化工學(xué)會(huì)化工新材料專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)全國(guó)電池行業(yè)專家。 面向大規(guī)模儲(chǔ)能、新能源汽車、航空航天、高端通信等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅茈姵氐闹卮笮枨，針?duì)高比能長(zhǎng)航時(shí)電池新體系的設(shè)計(jì)與制造、高性能電池安全性\/環(huán)境適應(yīng)性的提升、超薄\/輕質(zhì)\/長(zhǎng)壽命特種儲(chǔ)能器件及關(guān)鍵材料的研制、全生命周期電池設(shè)計(jì)及材料的資源化應(yīng)用等科學(xué)問(wèn)題，開(kāi)展多電子高比能二次電池新體系及關(guān)鍵材料、新型離子液體及功能復(fù)合電解質(zhì)材料、特種電源用新型薄膜材料與結(jié)構(gòu)器件、綠色二次電池資源化再生等方面的教學(xué)和科研工作。主持承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、“863”計(jì)劃項(xiàng)目、中央在京高校重大成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目、北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目等課題。 在Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、National Science Review、Advanced Materials、Nature Communications、Angewandte Chemie-International Edition、Energy＆Environmental Science、Energy Storage Materials等期刊發(fā)表SCI論文200余篇；申請(qǐng)發(fā)明82項(xiàng)，獲授權(quán)35項(xiàng)；開(kāi)發(fā)出鋰硫電池材料基因組大數(shù)據(jù)平臺(tái)，獲批軟件著作權(quán)7項(xiàng)。先后入選教育部“新世紀(jì)很好人才支持計(jì)劃”（2009年）、北京市很好人才培養(yǎng)資助計(jì)劃（2010年）、北京市科技新星計(jì)劃（2010年）、北京高等學(xué)校很好青年科學(xué)家計(jì)劃（2018年）、中國(guó)工程前沿杰出青年學(xué)者（2018年）、英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士（2020年）。作為主要完成.人，榮獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、部級(jí)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)。 2006年至今，圍繞多電子高比能鋰硫二次電池及關(guān)鍵材料開(kāi)展了從原理創(chuàng)新、材料突破到器件構(gòu)筑的系統(tǒng)研究工作；诙嚯娮永碚撗兄屏烁咻d硫高導(dǎo)電多維穩(wěn)定復(fù)合電極，設(shè)計(jì)了輕質(zhì)功能修飾隔膜\/夾層，發(fā)明了高安全功能復(fù)合電解質(zhì)材料，并構(gòu)筑了3D納米陣列修飾改性鋰負(fù)極，研制出能量密度從300 Wh\/kg到600 Wh\/kg不同規(guī)格和性能特征的鋰硫電池樣品，通過(guò)模組優(yōu)化設(shè)計(jì)先后在高容量通信裝備、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、新能源車輛等方面開(kāi)展了應(yīng)用。

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