项目名称：废旧锂离子电池资源化回收新工艺
转移转化方式：■转让 □许可 □作价入股 □其他
技术成熟度：R实验室 □小试 □中试 □小批量生产 ■工业化生产
技术领域：□人工智能 □生物医药 □新材料 ■节能环保 □其他
申报高校: 上海电力大学
| 1. 项目总体介绍:随着信息化技术和新能源技术的普及，近年来，锂离子电池市场规模得到进一步扩大。庞大的锂离子电池使用量在促进世界快速发展的同时，在未来也必将会带来规模巨大的废旧锂离子电池。如果缺乏合理的处置方法，废旧锂离子电池中含有的重金属及有毒电解液等成分将会对环境和人体造成巨大危害。然而，从资源化的角度考虑，废旧锂离子电池中含有的金属组分也可以成为一种崭新的资源被重新利用。因此，从环境保护和资源可持续化两个角度出发，高效合理的回收废旧锂离子电池至关重要。在目前商业化的锂离子电池中，正极往往包含多种不同的金属，如锂、钴、锰、镍等，而负极往往是由造价较为低廉的石墨组成。因此，目前的研究重点往往集中在正极的回收再利用。一般情况下，废旧锂离子电池的回收可以分为活性材料与集流体的剥离、金属的浸出与回收、电池再生等几方面。在活性材料与集流体的剥离阶段，目前最常用的方式是高温剥离法（500℃左右）和溶剂浸泡法（NMP、NaOH）。然而，温度过高必然会导致能耗的升高，且NMP和NaOH溶液都会带来二次污染问题，因此，需要开发更绿色环保的剥离方法。而在金属浸出与回收和电池再生的研究中，研究者往往只将研究重点放在其中一项上，而不能把工艺有机的串联起来，形成一个完整的回收体系，这限制了废旧电池回收的进一步发展。基于硫酸根自由基的高级氧化技术（SR-AOPs）是一种应用广泛的污水处理技术，该技术利用氧化性极强的硫酸根自由基，可以将污染物矿化成无毒的小分子物质。通常，硫酸根自由基可以通过多种方式活化过一硫酸盐（PMS）产生，包括过渡金属（Co、Mn、Fe等）活化、非金属催化剂活化、热活化、紫外活化、光催化活化、超声活化、微波活化等方式，其中过渡金属（Co、Mn、Fe等）活化由于活化速度快、降解效率高等优势被认为是最有效的活化方式。基于以上问题和思路，为了真正实现废旧锂离子电池正极材料的合理回收再利用，我们开发了一种全新的废旧锂离子电池闭环回收工艺。首先，在正极活性材料与集流体的剥离中，我们使用一种新型的剥离剂，该剥离剂由不同配比的尿素和硫酸铵组成，将其与正极片进行共热解，在140℃的较低温度下即可实现活性材料与集流体的剥离，绿色环保。随后，考虑到正极材料中含有一种或多种过渡金属，且电池在使用过程中锂离子在正负极间的嵌入/脱嵌会对电极材料产生调控作用，可能造成电极材料结构性质的改变。因此，我们将正极活性材料直接用作催化剂，活化PMS，实现水体中污染物（酚类污染物、染料污染物、抗生素类污染物）的高效降解。经过多次催化循环，当催化剂的催化性能不满足再次使用后，再将催化剂中的金属进行浸出与纯化，并作为再生电池的前驱体，进行电池的再生，再生后的电池具有和商业电池相当的性能。该工艺实现了废旧电池正极材料的闭环回收，不仅将废旧锂离子电池回收领域与水处理领域结合，实现“以废治废”的目标，还能够实现电池材料的回用，真正做到了废旧锂离子电池正极材料的功能化和最大化应用。 | |
| 2. 技术创新点:（1）开发了一种新型的剥离剂，能够在较低温度下实现正极活性材料和集流体的剥离，显著降低了剥离温度，并避免了二次污染问题；（2）将正极活性材料直接作为水处理的催化剂，并基于电池使用过程对正极材料造成的改性原理，实现多种污染物的高效降解，达到了“以废治废”的目标。（3）通过将失活催化剂中的金属进行浸出和纯化，制备电池再生前驱体，实现电池的再生，完成了金属资源的再利用。（4）开发了一种废旧锂离子电池正极材料新型闭环回收工艺，合理使用电池正极材料，并将其应用到水处理领域，实现了正极材料的功能化和最大化利用价值。 | |
| 3. 知识产权归属及相关专利说明:目前已获批专利1项：专利归属于上海电力大学； | |
| 4.商业化概述 (市场前景):本工艺涉及废旧锂离子电池回收领域，针对目前回收工艺存在的剥离温度高、存在二次污染、正极材料利用率低等问题，开发了一种废旧锂离子电池正极材料新型闭环回收工艺，将整个废旧锂离子电池的回收流程有机结合，形成了一条较为完整的回收链。该工艺不仅能够完整应用于废旧锂离子电池回收领域，还可以应用于废水处理领域，市场前景广阔。 | |
| 5. 优先使用产业领域及地方区域:本工艺可以应用于废旧锂离子电池回收领域和废水处理领域，适用于任何地区。 | |
| 6. 初步意向交易方式及金额:专利转让，1000万。 | |
| 7.行业状况近年来人们对储电设备的需求量越来越大，尤其在新能源汽车以及个人电子设备领域生产应用了大量的锂离子电池，据估计，在欧洲、日本、美国等国家，预计每人每年消耗锂离子电池10-15块，巴西的电池年消耗量约为6块/年/人，而作为手机使用量最大的两个国家，中国和印度的手机市场占全球总使用量的50%，超过了50亿部。而随着新能源汽车的快速发展，锂离子电池市场又迎来了发展的高峰期。据统计，我国2018年的新能源汽车销量就达到110万量左右，全国的新能源汽车保有量高达230万量左右，占世界的45%。普通车用电池的寿命一般为5-8年，可以预见，在未来几年，将会有大规模的废旧锂离子电池出现。目前，关于废旧锂离子电池回收的研究主要集中于金属的浸出与回收方向，其中火法冶金和湿法冶金是工业上最常用的方法。火法冶金是指在高温下将金属进行还原，火法冶金技术得到的产物主要包括电极金属氧化物和合金，金属氧化物可再次做为制备全新电极的前驱体，而合金等可做为其它功能性材料。火法冶金近年来的技术发展已不再局限于传统的直接煅烧的冶金方式，而是将火法还原做为湿法浸出的前处理步骤，或者通过电极材料和其它物质的焙烧来辅助金属的回收。而湿法冶金可分为金属的浸出和回收两大步骤，先通过酸/碱或其他浸出剂来实现金属的有效浸出，再通过化学沉淀、共萃取等方式对金属进行回收。然而，火法冶金和湿法冶金虽然应用广泛，但也存在着不同的劣势。对于火法冶金，往往需要持续性的高温，才能实现金属的还原，提高后续的浸出率，且火法冶金较为简单粗暴，因此最终获得的产品纯度往往达不到商业的需求，需要进一步的提纯。而湿法冶金虽然效率高，得到的产品纯度高，但回收过程会耗费大量污染性试剂，会造成严重的二次污染问题。因此，目前缺少一种高效回收金属的新工艺。同时，随着废旧锂离子电池回收技术的发展，废旧锂离子电池的应用已经不完全局限于金属的回收，而是在扩展到其他领域，例如光催化剂的制备、电子发光器件的制备等。这不仅可以进一步扩大废旧锂离子电池的价值，也能实现多领域的协同发展，这也是废旧锂离子电池回收领域未来发展的一个崭新方向。 | |
| 展示方式：■实物（或模型） ■展板图文 ■多媒体演示 | |