动力电池与普通铅酸电池相比，虽然其不含汞、铅等毒性较大的重金属元素，但其含有的金属离子、氟化物电解质、隔膜等污染物若不经过正规处理，进入环境后仍会造成较为严重的污染，对人的健康造成直接或间接危害。通过回收废旧动力电池，能够节约资源，对回收处理后的金属材料提纯再利用，能够创造经济效益，缓解新能源汽车发展过程中的资源供需矛盾。

图1. 2018—2022 年中国废旧锂离子电池回收量及增速

由于废旧电池中仍残留部分电量，根据电池回收需求，可以进行预处理，包括电化学处理、机械处理、物理分选及热处理等方法，通过这些预处理过程可将正极材料、负极材料、隔板和塑料等进行分离分离，常用热处理法、有机溶剂溶解法、碱液溶解法以及电解法等来实现二者的完全分离；按工艺分类，电池的回收方法主要可分为：干法回收、湿法回收和直接再生3大类技术。

预处理：

   预处理目的是将废旧锂离子电池的外壳、铝箔、铜箔和正极极粉与负极极粉分开，脱除有机粘结剂，降低后续金属元素浸出分离和材料再生的难度和成本。随着目前新能源行业电池技术的发展，电池成组技术飞速前进， CTP（电芯直接组成电池包）、 CTC（电芯直接成为底盘一部分）技术应用越来越广泛，大量粘结剂的使用也加大了预处理难度，无损拆解废旧电池并回收处理是目前急需解决的问题。废旧电池的处理通常需先通过放电来去除电池中残余电量以防止电池自燃或短路，放电完成后分离电池结构，将正极粉体从集流体铝箔、铜箔剥离，从而得到可回收利用的正负极材料。由于电池两极材料通常是由包含聚偏氟乙烯（PVDF）或聚四氟乙烯（PTFE）成分的粘合剂黏合，因此预处理过程主要操作集中在放电后分离电池结构，并对电池中有价元素分离回收。 

干法回收：

指不通过溶液等媒介，直接实现材料或有价金属的回收。其中，主要使用的方法为高温热解法。

       高温热解法：是指将经过物理破碎等初步分离处理的锂电池材料，进行高温培烧分解， 能够有效将废 LIB中的黏合剂在高温热解过程除去，废旧锂离子电池(SLIBs)的火法回收技术如图2所示，其中存在多种金属物质可利用氧化、还原、分解、挥发等反应使其中的金属及其化合物发生反应。炉渣中的金属以金属化合物的熔沸点差异为基础，可以使用物理或化学方法等方式来回收。其回收过程主要包括还原熔炼法和焙烧法，在正极材料中加入不同的添加剂能够有效辅助焙烧过程的进行。回收材料可用于再生利用，而其他固废作为城市垃圾进行焚烧填埋。

图2.SLIBs主要部件的火法冶金处理技术

高温热解法处理技术工艺简单，操作方便，在高温环境下反应速度快，效率高，能够有效去除粘合剂;并且该方法对原料的组分要求不高，比较适合处理大量或较复杂的电池；但是但能耗高，会产生温室气体以及二噁英、氟化物等有害气体从而导致二次污染，造成安全性问题。 由于环境危害较大，在我国使用较为有限，但在国外回收企业中应用较广，例如比利时优美科公司的超高温冶炼技术、美国英美特科公司的高温熔融回收工艺、日本索尼-住友公司的焙烧工艺 。

湿法回收：

湿法回收是将经过预处理的退役动力电池采用特定的溶液(如酸、碱、有机溶剂等)溶解其中的有价金属，再通过沉淀、有机溶剂萃取等技术进行提取。无机酸浸出是目前从废旧动力电池正极废料中回收有价金属的主流浸出方式，但已有相关研究利用有机酸(如柠檬酸)进行浸出。湿法回收最大的优势是原料中有价金属综合回收程度高，缺点是回收流程冗长，相较于火法冶金成本更高，并且需要更多的化学试剂。

图3.湿法回收流程图

图4.环保热解和湿法冶金浸出实现废LiCoO2电池的全组分回收流程

湿法回收工艺是将废弃电池破碎后溶解，然后利用合适的化学试剂，选择性分离浸出溶液中的金属元素，产出高品位的钴金属或碳酸锂等，直接进行回收；湿法回收处理比较适合回收化学组成相对单一的废旧锂电池，其设备投资成本较低，适合中小规模废旧锂电池的回收，因此该方法目前使用也比较广泛。

       (1)碱-酸浸法：由于锂离子电池的正极材料不会溶于碱液中，而基底铝箔会溶解于 碱液中，因此该方法常用来分离铝箔；在回收电池中的 Co和Li时，预先用碱浸除铝，然后再使用稀酸液浸泡破坏有机物与铜箔的粘附；但是碱浸法并不能完全除去 PVDF，对后续的浸出存在不利影响。

        锂离子电池中的大部分正极活性物质都可溶解于酸中，因此可以将预先处理过的电极材料用酸溶液浸出，实现活性物质与集流体的分离，再结合中和反应的原理对目的金属进行沉淀和纯化，从而达到回收高纯组分的目的。

       (2)有机溶剂萃取法：利用“相似相容”的原理，使用合适的有机溶剂，对有机粘结剂进行物理溶解，从而减弱材料与箔片的粘合力，对二者进行分离。

        在回收处理钴酸锂电池时，为了更好地回收电极的活性材料，利用 N-甲基吡咯烷酮(NMP)对组分进行选择性分离。NMP是PVDF的良好溶剂(溶解度大约为 200g/kg)，并且其沸点较高，约200℃。研究利用NMP在大约 100℃下对活性材料处理 1h，有效实现了薄膜与其载体的分离；此外回收的NMP可以 循环使用，因为其在 PVDF 中的高溶解度，所以可以被多次重复使用。

        采用有机溶剂萃取法来分离材料与箔片的实验条件比较温和，但是有机溶剂具有一定的毒性，对操作人员的身体健康可能会产生危害；同时，由于不同厂家制作锂离子电池的工艺不同，选择的粘结剂有所差异，因此针对不同的制作工艺，厂家在回收处理废旧锂电池时，需要选择不同的有机溶剂；此外对于工业水平的大规模回收处理操作，成本也是一个重要的考量;因此选择一种来源广泛、价格适宜、低毒无害、适用性广的溶剂非常重要。

直接再生：

直接再生是指从间接获得元素单质转变为直接获取元素化合物的方法。例如，磷酸铁锂电池(LFP)正极的性能下降主要原因是锂空位缺陷和铁占据锂位点，而直接再生则是利用选择性传输补充锂和钴，从而实现正极修复。图5中可见，熔融盐法能够有效修复退役锂离子电池结构，实现直接再生。图6则是一种直接和绿色修复降解钴酸锂的方式。

图5. 三元熔盐方法再生NCM正极结构的微观演变示意图

图6.传统回收程序和拟议的直接修复过程示意图

目前直接回收技术仍处于早期发展阶段，相关潜在污染的真实数据较少。其过程包括用于电池分离的各种低温和能量要求的物理和化学步骤，消耗的能源和资源较少，造成的环境影响较小。以回收1 kg NMC111正极为例，直接回收可减少约50%能源消耗和85%气体排放。相较于火法冶金，直接回收技术具有较低的能耗、较少试剂消耗量以及较低的固定设施成本，回收的组件也易在新电池中使用，，再生材料展现出良好性能。但要求废旧电池处于良好的回收状态，且分选过程中活性物质较难有效与极片分离。此外，机械预处理难度大，活性物质和极片的回收率较低。虽然部分工作已经智能化，但仍需人工精细处理物料，导致成本较高，因此尚未完全实现工业化应用，更多作为电池回收的辅助流程。据估计，在低于20000 t的规模下，直接回收成本与火法冶金的成本相近。因其可持续性，直接回收技术已成为当前研究的热点

      废旧锂电池回收工艺各有优劣，目前已经有联合并优化多种工艺的回收方法研究，以充分发挥将各种回收方法的优势，实现经济利益最大化。