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未來三元鋰離子電池市場份額也將會進一步增加

隨著我國新能源汽車產業的發展,以及行業內對電動汽車續航里程的要求,具有高能量密度的三元材料獲得了廣泛應用,未來三元鋰離子電池市場份額也將會進一步增加。

三元鋰離子電池市場份額的快速增長,使得退役三元鋰電池也隨之增長,因此,回收三元鋰電池電極材料,成了電池行業新的熱議話題。

鋰電池,特別是新能源汽車動力電池,壽命通常為三到五年,且三元鋰電池中的Co、Li和Ni都是較高價值的金屬,回收經濟性較好。

因此,對退役后的動力電池進行回收再利用,將會產生可觀的經濟效益及社會效益。

回收三元有價金屬的每一個工序,都包含著多種處理方法,且各有優缺點,不過目前回收技術回收有價金屬具有較高的回收率和純度。

三元材料有價金屬浸取的主要方法有酸浸法和生物浸取法,浸取速率直接關系到設備的利用率、回收成本等問題,浸取動力學也是濕法回收的一個重要研究方向。

從電極活性材料中浸取有價金屬是液/固相間的非均相反應,其反應在相界面發生,反應速率由液體邊界膜擴散、灰層擴散、產物表面層的擴散或者表面化學反應中的其中一個步驟控制。

目前,對浸取動力學研究的代表模型有反應核縮減模型SCM表達公式:1-(1-XB)1/3=Krt。其中,XB是固體物質的浸取率,Kr是表面化學反應的表觀速率常數,t是浸取時間。

有未反應收縮核模型USCM表達公式:1-(1-XB)2/3]+2(1-XB)=Krt和阿夫拉米方程表達公式:-ln(1-X)=ktn。其中X是浸取物質的體積分數,k是浸取速率常數,t是浸取時間,n為反映浸取特征的參數。

上述金屬浸取反應是受表面化學反應控制的,即浸取過程符合化學反應控制的核縮減模型。

但是SCM模型假設浸取顆粒是致密無孔的,反應后不產生灰層,也不留下惰性物質,所以反應始終在顆粒的表面進行。

而浸取金屬的材料成分復雜,含有黏結劑、導電碳等一些其他雜質在酸中不溶解,所以在浸取反應中形成疏松多孔的灰層,在此種情況下,SCM模型顯然不適用,以灰層擴散為反應限速步驟的USCM模型應更符合浸取的過程。

在灰層擴散控制模型USCM中,是假設隨著浸取反應的進行,顆粒的尺寸也隨著變化,而實際浸取的過程中顆粒大小相對固定,所以USCM模型也不能合理地描述浸取過程。

從經濟性角度來分析,退役三元電池拆解后回收Li、Ni、Co、Mn等金屬的價值大于回收處置成本,具有較好的回收價值。

以回收處理LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元退役電池為例,參考工業濕法回收有價金屬的回收流程:退役電池拆解堿溶酸浸共沉淀制備前體合成三元電池材料,最終是以三元材料為回收產品。

目前,回收處理退役三元電池的利潤還是比較可觀的,且未來三元材料體系的發展趨勢較好,隨著三元材料的占比逐漸擴張,有價金屬原材料的上漲,同時回收技術趨于成熟化,三元材料回收將具有更好的經濟價值。

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