162 工程科学学报，第43卷，第2期 全球范围内的人口猛增、经济发展及科技进 大的污染.而如果能对废旧电池加以回收再利用 步让全世界的能源消耗日益严重四，目前世界上大 的话，不仅可以节约大量的自然矿产资源，还可以 多数的能源来自于煤、石油、天然气等一次能源四， 消除废旧电池所带来的各种危害.因此近年来废 然而，这些一次能源的使用会给地球带来如温室 旧锂离子电池的回收与利用已经成为了各个科研 效应、光化学烟雾等全球性的重大污染问题).为 院所的重点研究内容 解决化石能源所带来的各类环境问题，风能、太阳 目前，废旧锂离子电池的回收与利用大致可 能、地热能、水能等新能源孕育而生，新能源技 以分为回收、预处理、活性物质分离及电池活性 术发展到今天已经为全球范围内的环境治理做出 材料再利用四个阶段.其中回收与预处理过程基 了巨大贡献，然而，由于新能源的产生比较依赖于 本一致，因此本文首先综述预处理过程的各类方 自然环境（如：风速，日照及河流水量等），因此产 法，然后再根据活性物质分离及活性材料再利用 生的能量很不稳定)为解决该问题，人们发明了 过程中所使用的主要手段将废旧锂离子电池回收 具有高能量密度、高电压、循环性能好、寿命长、 与利用的工艺路线分为物理法、化学法及物理化 自放电小、环境友好的锂离子电池作为新能源的 学联合法.同时，本文通过综述近几年废旧锂离子 主要储能装置6，而且锂离子电池技术的发展也 电池典型的回收利用工艺流程，希望为废旧锂离 为便携式设备（手机、手提电脑等）、电动汽车及 子电池回收利用领域带来新的技术与理念，同时 混合动力汽车的发展带来了强劲的动力四，在未 也希望找出目前废旧锂离子电池回收与利用流程 来，随着国家节能减排政策的实施及人们环保意 中急需解决的问题， 识的增强，锂离子电池产业必将得到迅猛发展 1废旧锂离子电池回收利用现状 据有关部门统计，2017年，锂离子电池产量为 1111亿只，同比增长31.3%：2018年1~10月，锂 1.1废旧锂离子电池预处理工艺 离子电池产量达到113.9亿只，同比增长11.0%0 1.1.1废旧锂离子电池梯次利用 据估计在2019年~2023年间我国锂离子电池产 废旧锂离子电池梯次利用是指将回收回来的 量平均增长率将高达16.43%，2023年我国锂离子 废旧锂离子电池PACK包或模组中的性能较好的 电池的产量将高达283亿只.如此大量的锂离子 锂离子电池用于储能或其他领域的再利用方法 电池使用量必将带来大量的废旧锂离子电池.据 废旧锂离子电池的梯次利用能够最大程度地回收 高工产研锂电研究所数据显示，2018年我国废 再利用废旧锂离子电池中的完好单体.彭昱等7 旧动力电池（主要为磷酸铁锂、三元电池）总报废 对退役后的48V软包锰酸锂电池的容量、内阻、 量为7.4万吨，数码电池（主要为钴酸锂电池）总报 放电性能及损耗分布进行了研究，研究表明大部 废量为16.7万吨.同时，2018年被行业认为是动 分损耗后的电池组通过更换个别损耗后的电池单 力电池退役潮元年，当年的市场规模为4.32亿元， 体可以实现废旧锂离子电池组的再利用.李臻和 预计到2025年动力电池回收市场的规模将达到 董会超]将退役后的废旧磷酸铁锂电池手工拆解 203.71亿元之巨2.虽然我国每年会产生大量的 后进行分选重组，重组后的磷酸铁锂电池组在容 废旧锂离子电池，但据高工锂电的统计报告显示， 量、内阻、安全性及一致性上都满足梯次利用的 2018年我国动力电池回收量为5472t,仅占报废动 各项要求，该研究表明由于磷酸铁锂电池良好的 力电池总量的7.4%引，由此可见还有大量的废旧 循环性能，即使是废旧的磷酸铁锂电池组对其进 动力锂离子电池尚未得到有效的回收与利用 行拆解梯次利用后，依然可以用于储能及低速电 虽然锂离子电池在使用过程中不会产生有毒有害 动车等对电池性能要求不是很严格的领域.邓浩 的物质，但如果不能对废弃后的锂离子电池进行 然啊采用内阻法估计废旧磷酸铁锂电池组的电池 正确、有效地处理，一方面，废旧锂电池中的低分 健康状态，并且建立起了一整套的电池组健康监 子有机物（碳酸甲酯、碳酸乙酯、碳酸甲乙酯等） 测体系及方法，为废旧磷酸铁锂电池的梯次利用 不仅具有易燃易爆的特性，而且还会给自然环境 提供了详细的、整套的估算方法，为实现废旧磷酸 与人类健康带来严重危害6：另一方面，废旧锂 铁锂电池的资源化利用提供了监测方法 离子电池中的六氟磷酸锂会与空气中的水反应产 废旧锂离子电池的梯次利用能够最大程度的 生剧毒的HF,严重危害自然环境，而且废旧电池 发掘废旧锂离子电池的使用价值，降低后续回收 中含有的重金属及塑料等物质也会给环境带来重 利用的处理量，同时也能提高整个废旧锂离子电全球范围内的人口猛增、经济发展及科技进 步让全世界的能源消耗日益严重[1] ，目前世界上大 多数的能源来自于煤、石油、天然气等一次能源[2] ， 然而，这些一次能源的使用会给地球带来如温室 效应、光化学烟雾等全球性的重大污染问题[3] . 为 解决化石能源所带来的各类环境问题，风能、太阳 能、地热能、水能等新能源孕育而生[4] ，新能源技 术发展到今天已经为全球范围内的环境治理做出 了巨大贡献，然而，由于新能源的产生比较依赖于 自然环境（如：风速，日照及河流水量等），因此产 生的能量很不稳定[5] . 为解决该问题，人们发明了 具有高能量密度、高电压、循环性能好、寿命长、 自放电小、环境友好的锂离子电池作为新能源的 主要储能装置[6−8] ，而且锂离子电池技术的发展也 为便携式设备（手机、手提电脑等）、电动汽车及 混合动力汽车的发展带来了强劲的动力[9] ，在未 来，随着国家节能减排政策的实施及人们环保意 识的增强，锂离子电池产业必将得到迅猛发展. 据有关部门统计，2017 年，锂离子电池产量为 111.1 亿只，同比增长 31.3%；2018 年 1～10 月，锂 离子电池产量达到 113.9 亿只，同比增长 11.0% [10] . 据估计在 2019 年～2023 年间我国锂离子电池产 量平均增长率将高达 16.43%，2023 年我国锂离子 电池的产量将高达 283 亿只. 如此大量的锂离子 电池使用量必将带来大量的废旧锂离子电池. 据 高工产研锂电研究所数据显示[11] ，2018 年我国废 旧动力电池（主要为磷酸铁锂、三元电池）总报废 量为 7.4 万吨，数码电池（主要为钴酸锂电池）总报 废量为 16.7 万吨. 同时，2018 年被行业认为是动 力电池退役潮元年，当年的市场规模为 4.32 亿元， 预计到 2025 年动力电池回收市场的规模将达到 203.71 亿元之巨[12] . 虽然我国每年会产生大量的 废旧锂离子电池，但据高工锂电的统计报告显示， 2018 年我国动力电池回收量为 5472 t，仅占报废动 力电池总量的 7.4% [13] ，由此可见还有大量的废旧 动力锂离子电池尚未得到有效的回收与利用[14] . 虽然锂离子电池在使用过程中不会产生有毒有害 的物质，但如果不能对废弃后的锂离子电池进行 正确、有效地处理，一方面，废旧锂电池中的低分 子有机物（碳酸甲酯、碳酸乙酯、碳酸甲乙酯等） 不仅具有易燃易爆的特性，而且还会给自然环境 与人类健康带来严重危害[15−16] ；另一方面，废旧锂 离子电池中的六氟磷酸锂会与空气中的水反应产 生剧毒的 HF，严重危害自然环境，而且废旧电池 中含有的重金属及塑料等物质也会给环境带来重 大的污染. 而如果能对废旧电池加以回收再利用 的话，不仅可以节约大量的自然矿产资源，还可以 消除废旧电池所带来的各种危害. 因此近年来废 旧锂离子电池的回收与利用已经成为了各个科研 院所的重点研究内容. 目前，废旧锂离子电池的回收与利用大致可 以分为回收、预处理、活性物质分离及电池活性 材料再利用四个阶段. 其中回收与预处理过程基 本一致，因此本文首先综述预处理过程的各类方 法，然后再根据活性物质分离及活性材料再利用 过程中所使用的主要手段将废旧锂离子电池回收 与利用的工艺路线分为物理法、化学法及物理化 学联合法. 同时，本文通过综述近几年废旧锂离子 电池典型的回收利用工艺流程，希望为废旧锂离 子电池回收利用领域带来新的技术与理念，同时 也希望找出目前废旧锂离子电池回收与利用流程 中急需解决的问题. 1    废旧锂离子电池回收利用现状 1.1    废旧锂离子电池预处理工艺 1.1.1    废旧锂离子电池梯次利用 废旧锂离子电池梯次利用是指将回收回来的 废旧锂离子电池 PACK 包或模组中的性能较好的 锂离子电池用于储能或其他领域的再利用方法. 废旧锂离子电池的梯次利用能够最大程度地回收 再利用废旧锂离子电池中的完好单体. 彭昱等[17] 对退役后的 48 V 软包锰酸锂电池的容量、内阻、 放电性能及损耗分布进行了研究，研究表明大部 分损耗后的电池组通过更换个别损耗后的电池单 体可以实现废旧锂离子电池组的再利用. 李臻和 董会超[18] 将退役后的废旧磷酸铁锂电池手工拆解 后进行分选重组，重组后的磷酸铁锂电池组在容 量、内阻、安全性及一致性上都满足梯次利用的 各项要求，该研究表明由于磷酸铁锂电池良好的 循环性能，即使是废旧的磷酸铁锂电池组对其进 行拆解梯次利用后，依然可以用于储能及低速电 动车等对电池性能要求不是很严格的领域. 邓浩 然[19] 采用内阻法估计废旧磷酸铁锂电池组的电池 健康状态，并且建立起了一整套的电池组健康监 测体系及方法，为废旧磷酸铁锂电池的梯次利用 提供了详细的、整套的估算方法，为实现废旧磷酸 铁锂电池的资源化利用提供了监测方法. 废旧锂离子电池的梯次利用能够最大程度的 发掘废旧锂离子电池的使用价值，降低后续回收 利用的处理量，同时也能提高整个废旧锂离子电 · 162 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期