退役锂离子电池关键材料回收与资源化再生技术

　　■锂离子电池作为最通用和最具吸引力的能量储存系统之一，已被广泛应用于通信、便携式电子设备、电动汽车和智能电网等领域，是未来几年电动汽车和电网储能的最佳选择。

　　随着锂离子电池在纯电动汽车、混合电动汽车和插入式混合电动汽车中的应用，其需求量和生产量与日俱增。动力电池退役后将产生大量废旧锂离子电池。锂离子电池含有锂、镍、钴等金属和有机溶剂，处理不当会对环境造成污染，绿色、短程、高效回收其中丰富的锂、镍、钴等有价金属资源，不仅可以避免其对环境和人体健康的潜在威胁，而且能够为锂离子电池的生产提供原材料、减少对一次矿石资源的依赖、促进电池行业可持续发展。因此，退役后锂离子电池回收及再利用对我国资源的有效利用、环境保护和降低锂离子电池成本具有重要意义，这已经成为国内外全行业关注的焦点。

　　基于我国的资源和环境现状，进行退役锂离子电池的回收与再利用研究具有紧迫性和必要性，是符合我国可持续发展战略的重要研究课题。目前国内外动力锂离子电池回收技术难点和痛点集中在短程高效且绿色环保的锂离子电池回收技术的基础研究上，以应对不断变化的大规模储能电池和新能源电动汽车动力电池的回收需求，其科学问题源于国家重大需求和经济主战场，具有鲜明的需求导向、问题导向和目标导向。

　　《锂离子电池回收与资源化技术》结合国内外锂离子电池技术及电动汽车的发展现状和趋势，系统介绍了锂离子电池失效机制、拆解回收、资源化综合利用等最新研究技术，并对本领域所面临的机遇挑战与发展趋势进行了总结展望。

　　全书共 10 章，第 1 章从环境污染减量、经济效益驱动、战略资源定位、政策标准引导四个角度重点阐述退役锂离子电池回收与资源化的必要性和紧迫性；第 2 章阐述了锂离子电池回收技术与其正负极等关键材料失效机理的内在联系；第 3~6 章是锂离子电池安全拆解、正负极材料回收与资源化技术及电解液回收与无害化技术深度评析，包括实验室基础研发和工业应用实例；第 7、8 章是锂离子电池全生命周期环境足迹评价、环境评价与实例分析；第 9 章从经济和技术角度阐述了动力电池回收收益成本与市场可行性分析；第 10 章从专利申请和文献报道等角度系统梳理出锂离子电池梯次回收与资源化的学术动态、机遇挑战和未来前景。

　　本书是作者及课题组成员在深入开展退役锂离子电池回收处理、资源化综合利用、全生命周期评价等研究的基础上，结合其所承担的国家 863 计划、国家 973计划、国家自然科学基金、国家重点研发专项、北京市重大成果转化、教育部新世纪优秀人才支持计划、北京市科技新星计划、北京市优秀人才计划等项目，经22 年研究积淀的学术成果总结。这些成果大多以论文的形式发表在国内外多种学术刊物上，作者将其代表性研究成果总结于本书，力争反映国内外锂离子电池回收与资源化综合利用技术领域的最新进展。

　　锂离子电池回收与资源化技术

　　李丽 姚莹 郁亚娟 陈人杰 著

　　北京：科学出版社, 2021.6

　　ISBN 978-7-03-069095-1

　　责任编辑：朱 丽 陈雷星

　　内容简介

　　退役锂离子电池关键材料回收与资源化再生技术在支撑社会可持续发展和环境友好技术方面有十分重要的地位，已成为国际相关领域的研究热点。

　　本书结合国内外锂离子电池技术及电动汽车发展现状与趋势，基于锂离子电池回收与资源化驱动因素及其关键材料失效机理分析，系统介绍了锂离子电池电极材料回收，与资源再生综合利用技术、电解液回收与无害化技术、电池回收效益成本与市场可行性分析等，并对电池回收领域的学术动态解析、机遇挑战进行了总结展望。

　　本书结构清晰，由浅入深，可供动力电池上下游企业和相关科研单位的人员参考，也可作为高等院校新能源材料与器件、环境工程、化学化工、化工冶金等专业师生的教学和学习参考书。

　　READING

　　本书目录

　　前言
第1章 锂离子电池回收与资源化驱动因素 1
1.1 环境污染减量 2
1.1.1 电池回收处理方式 2
1.1.2 环境污染减量与管控 3
1.2 经济效益驱动 8
1.2.1 退役锂离子电池回收的经济性分析 8
1.2.2 电池回收经济模型与收益评估 10
1.2.3 资源回收经济效益现状 13
1.3 战略资源定位 14
1.3.1 钴 14
1.3.2 锂 16
1.3.3 镍 18
1.3.4 锰 20
1.3.5 锂离子电池关键电极材料资源性分析 20
1.4 政策标准引导 21
1.4.1 国外政策 21
1.4.2 国内政策 24
参考文献 29
第2章 锂离子电池关键材料失效机理分析 32
2.1 锂离子电池失效现象及检测分析 32
2.1.1 失效现象 32
2.1.2 失效检测分析 34
2.1.3 失效分析流程设计 38
2.2 电极材料失效机制 38
2.2.1 正极材料失效机制分析 39
2.2.2 负极材料失效机制分析 48
2.2.3 电解液及隔膜失效机制 53
2.3 失效机制与回收利用之间的耦合关联 57
2.3.1 正极材料的耦合关联 58
2.3.2 其他材料的耦合关联 63
参考文献 64
第3章 锂离子电池正极材料回收处理技术 68
3.1 通用回收技术 68
3.1.1 火法冶金回收技术 68
3.1.2 湿法冶金回收技术 72
3.2 可降解有机酸绿色回收技术 77
3.2.1 螯合功能有机酸 79
3.2.2 还原功能有机酸 86
3.2.3 沉淀功能有机酸 90
3.2.4 其他有机酸 91
3.3 高效复合联用技术 97
3.3.1 熔盐焙烧法 98
3.3.2 机械化学法 106
3.3.3 其他回收技术 109
参考文献 113
第4章 锂离子电池正极材料资源再生综合利用技术 117
4.1 锂离子电池前驱体及材料再生制备技术 117
4.1.1 固相合成法 118
4.1.2 水热合成法 121
4.1.3 溶胶凝胶法 123
4.1.4 电沉积再生法 125
4.2 资源高值化综合利用技术 128
4.2.1 材料精细加工制备 129
4.2.2 新型功能材料合成 130
4.3 电池材料短程修复技术 133
4.3.1 高温原位修复 133
4.3.2 电化学补锂 136
4.3.3 其他直接修复技术 137
参考文献 139
第5章 锂离子电池负极材料回收与资源化综合利用技术 143
5.1 引言 143
5.2 锂离子电池负极材料回收技术 144
5.2.1 负极材料深度净化技术 144
5.2.2 负极材料选择性提锂技术 146
5.3 锂离子电池负极材料资源化再利用技术 151
5.3.1 再生锂离子电池负极材料 152
5.3.2 再生超级电容器电极材料 161
5.3.3 再生环境吸附及功能材料 166
5.4 总结与展望 188
参考文献 189
第6章 锂离子电池电解液回收与无害化技术 194
6.1 锂离子电池电解液的组成和危害 195
6.1.1 电解液的组成 195
6.1.2 电解液的危害 195
6.2 锂离子电池电解液回收技术 196
6.2.1 真空蒸馏法 197
6.2.2 碱液吸收法 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 总结与展望 222
参考文献 221
第7章 锂离子电池全生命周期环境足迹评价 224
7.1 环境足迹理论体系与评价方法 224
7.1.1 生命周期评价的基本方法 224
7.1.2 环境足迹和足迹家族评价体系 227
7.1.3 锂电池环境性分析及环境足迹评价 229
7.1.4 锂离子电池环境足迹软件平台设计 230
7.2 锂离子电池足迹家族生命周期评价及应用 231
7.2.1 目标范围与定义 231
7.2.2 评价对象清单分析 232
7.2.3 环境足迹分析：碳足迹 239
7.2.4 环境足迹分析：水足迹 246
7.2.5 环境足迹分析：生态足迹 246
7.2.6 综合分析评价 256
7.3 足迹家族计算的软件实现 256
7.3.1 软件系统介绍 257
7.3.2 软件运行环境 257
7.3.3 系统功能模块 258
参考文献 264
第8章 动力电池环境评价与实例分析 267
8.1 典型二次电池环境影响评价概况 267
8.1.1 二次电池环境影响评价 267
8.1.2 不同类型动力电池的环境影响 269
8.1.3 基于环境评价结果的分析 271
8.2 典型二次电池生命周期环境评价方法 273
8.2.1 生命周期评价含义与技术框架 273
8.2.2 生命周期评价相对应的标准方法体系 275
8.2.3 本研究的计算机辅助系统以及生命周期评价方法体系 276
8.2.4 相应环境潜在风险评估 280
8.3 动力电池环境评价实例研究 285
8.3.1 目的与范围定义 285
8.3.2 清单分析 286
8.3.3 环境影响评价 291
8.3.4 评价结果与讨论 294
8.3.5 不确定性分析与探讨 296
参考文献 298
第9章 动力电池回收效益成本与市场可行性分析 299
9.1 电池回收的经济性分析 299
9.1.1 废旧锂离子电池的种类与构成 299
9.1.2 锂离子电池回收的经济性分析 300
9.1.3 锂离子电池回收经济性分析的总结与补充 304
9.2 电池回收的工业可行性分析 304
9.2.1 动力电池回收现状分析 304
9.2.2 动力电池回收的可行性分析 306
9.2.3 电池回收工业处理现状 309
9.2.4 电池回收工业的成本分析 310
9.3 锂离子电池回收的市场可行性 314
9.3.1 动力电池回收供给与需求平衡 314
9.3.2 动力电池回收市场规模与空间 317
9.3.3 动力电池回收市场的宏观政策支持 321
9.3.4 未来动力电池回收市场趋势 322
9.4 锂离子电池回收技术的效益成本核算分析 327
参考文献 328
第10章 学术动态解析、机遇挑战和前景展望 330
10.1 国内外二次电池回收专利发展态势分析 330
10.1.1 数据来源与检索方法 330
10.1.2 全球专利地域分布及申请趋势分析 331
10.1.3 重要专利申请人国别及专利布局态势 334
10.1.4 专利申请技术构成 335
10.2 国内外二次电池回收文献解析与思考 338
10.2.1 数据来源与检索方法 338
10.2.2 全球文章发表趋势分析 339
10.2.3 主要文献发表国家/地区 339
10.2.4 全球文献发表主要机构及作者统计分析 341
10.2.5 文献发表技术构成分析 342
10.2.6 高被引频次文献分析 348
10.3 锂离子电池回收与资源化的机遇挑战和前景展望 351
10.3.1 政策先行 352
10.3.2 技术攻关 355
10.3.3 体系完善 360
10.3.4 回收模式 361
10.3.5 环保意识 362
参考文献 363
附表典型二次电池生命周期评价清单列表 365

　　（本期编辑：王芳）

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