失效锂离子全电池低温还原-多组元梯级提取基础研究

Drawing on the consideration of combined dressing-metallurgy treatment for low-grade complex mineral resources, this project, which also breaks the established thinking of “sorting before processing” in the recovery of secondary resources, proposes a novel “metallurgy before sorting” method of low-temperature reduction＆multi-component extraction for the recovery of spent lithium ion batteries (LIBs). This method has advantages of no pre-sorting, simple devices, and high recovery rates of valuable metals, and has a broad applicable prospects. Based on the above mentioned technology system, this project will focus on key scientific issues during the recovery of spent LIBs: 1) interaction mechanism and transport rules between components in full cells under self-redox conditions; 2) control mechanism and phase transform mechanism during the process of low-temperature reduction＆multi-component extraction. Ultimately, this study will construct the theoretical foundation and technical prototype of no pre-sorting and efficient recovery of valuable metals from spent LIBs, what's more, it will bring new technical ideas and theoretical growth for the treatment of secondary resources of same type.

本项目借鉴低品位复杂矿物资源选冶联合的思路，突破传统的二次资源回收的“先分选再处理”的既定思维，提出基于“先冶后选”的失效锂离子电池低温还原-多组元梯级提取的新方法，具有无需预分选、所需设备简单、有价金属回收率高等优势，具有广阔的应用前景。基于这一新技术体系，项目拟研究失效锂离子全电池自氧化还原下的作用机理与组元迁移规律、低温还原-多组元梯级提取过程中的相转化机理与控制机制等科学问题，可望构筑免预分选从失效锂离子电池中高效回收有价金属的基础理论与技术原型，也为同类型多金属复杂二次资源的处理提供新的技术思路与理论增长点。

退役三元锂离子电池集资源属性和多污染属性于一体，但是目前在电池预分选阶段有价金属损失严重，而正负极粉末中铜、铝杂质含量高，在此背景下亟需开发无需预分选的新方法。本项目借鉴低品位复杂矿物资源选冶联合的思路，突破传统的二次资源回收的“先分选再处理”的既定思维，提出基于“先冶后选”的失效锂离子电池低温还原-多组元梯级提取的技术思路。研究了锂钴镍锰系正极废料还原相转变机理，探明了失效锂离子全电池自氧化还原下的作用机理与组元迁移规律，揭示了低温还原-多组元梯级提取过程中的相转化机理与控制机制等。开发了免预分选从失效锂离子电池中高效回收有价金属的新技术，所需设备简单、对原料适用性广、有价金属回收率高（锂回收率大于80%、镍、钴、锰回收率大于95%），并且废水、废渣可实现近零排放，是一种符合原子经济性的绿色工艺。项目执行期间，共发表SCI论文17篇、EI论文1篇，获授权发明专利4项，其中3项专利实现技术转让。以项目研究为基础开发的新技术在企业成功应用，与其他技术进行集成在企业建成年处理1万吨失效三元电池材料生产线，获省部级科技进步一等奖2项。培养博士研究生3名、硕士研究生3名。受邀在国际学术会议做分会场报告1次、在国内学术会议做分会场报告5次。本项目研究成果将为同类型多金属复杂二次资源的处理提供新的理论增长点，并将支撑新能源锂电行业的可持续发展。