详细解释lifepo4电池的回收

动力电池是电动汽车的核心部件。人们普遍认为，当容量保持率低于80%时，就不再满足车辆的要求。因此，退役的动力磷酸铁锂电池回收问题已经浮出水面。

过去，企业对动力电池的回收主要是LCO、NCM/NCA，而对磷酸铁锂电池的回收并没有多大热情。原因是现有的回收策略和方法成本高，而磷酸铁锂电池的回收价值低。然而，从2021年5月开始，磷酸铁锂电池的出货量增长率已经超过了三元锂电池，扭转了2018年以来磷酸铁锂电池产量低于三元锂电池的趋势。

同时，磷酸铁锂电池未来在储能、5G基站、新能源汽车、可再生能源并网等方面具有较大的市场空间，预计未来将长期占据市场的主导地位。磷酸铁锂电池的回归，加上磷和锂的价格暴涨，带来的直接变化是人们开始关注磷酸铁锂电池的回收。

锂离子电池的平均使用寿命为5到8年。由于磷酸铁锂电池的早期应用，它们将面临更早报废等问题。2020年将迎来磷酸铁锂电池报废的爆发期。

预计从2021年到2030年，我国乘用车和商用车的退役动力电池总量将接近700万吨，相应的废旧磷酸铁锂电池将超过200万吨。巨大的退役量给磷酸铁锂电池的回收和电池材料的循环利用带来了严峻的挑战。

1. 磷酸铁锂电池回收的预处理
LiFePO4电池回收是指拆解电池，提取或利用有价值的金属的过程。由于废旧电池的成分很多，回收的第一步需要进行预处理，将阴极活性材料与电池外壳、分离器、集电器、电解液、碳质添加剂和电池连接部件分开。

预处理需要拆解外壳并分离不同的有价值的部件。使用外部电阻或将废电池浸入盐溶液中进行放电处理，以防止电击、火灾、爆炸和一些潜在的化学危险。

然后用机械直接粉碎电池。根据密度、粒度、磁性和疏水性等不同性质，对粉碎的成分进行比重分拣，初步分离出电池外壳、隔膜、塑料、铝箔、阴阳极等，然后分别回收。

2. 磷酸铁锂电池正极材料的回收利用在磷酸铁锂电池回收中的应用
目前，对废旧LiFePO4电池回收的研究主要集中在正极材料方面。完全放电的锂离子电池中的锂元素主要存在于电池的正极，电池生产过程中产生的正极废料也具有重要的回收价值。

目前，回收正极活性材料的主流工艺是湿法，主要回收最具经济价值的锂元素，并可同时回收铁、铝和其他金属。

用NaOH碱液溶解阴极片，使集流铝箔以NaAlO2的形式进入溶液，过滤后的滤液用硫酸溶液中和，析出Al（OH）3，实现Al的回收。滤渣是LiFePO4、导电剂碳黑和LiFePO4表面涂层碳的混合物。

在LiFePO4电池回收中，有两种LiFePO4的回收方法：

方法一：为了用硫酸和双氧水溶解滤渣，LiFePO4以Fe2(SO4)3和Li2SO4的形式进入溶液。从碳杂质中分离出来的滤液用NaOH和氨水调节pH值，铁首先用Fe(OH)3沉淀，剩下的液体用饱和Na2CO3溶液沉淀，得到Li2CO3；

方法2：基于FePO4微溶于硝酸，正极材料滤渣用硝酸和双氧水溶解。首先形成FePO4的沉淀，最后沉淀出Fe（OH）3。剩余的酸溶液用饱和Na2CO3溶液沉淀出Li2CO3，实现Al、Fe和Li的分别沉淀和回收。

3. LiFePO4电池阳极材料的回收
随着锂离子电池的广泛应用，包括12v电池、24v锂电池、36v锂电池等，对石墨阳极的需求也在增加。废旧锂电池中石墨的比例为12%至21%（质量分数），这是一个相当大的数量。

在一些不生产石墨或石墨储量较少的国家，如美国和一些欧洲国家，石墨被作为一种关键材料使用。预计回收的石墨粉将被回收，并在修改后用于电池生产。

此外，在阳极中，铜箔价格昂贵，在磷酸铁锂电池回收中，回收工艺简单，回收价值高。阳极材料通常可以通过热处理、浸出或研磨浮选进行回收。

研究人员通过简单的高温熔炼和筛分工艺步骤，成功地从废旧锂电池中再生出石墨。在1673K的氮气环境下煅烧4小时，集电铜箔变成球形颗粒并与石墨分离，然后通过超声振动和筛分就可以得到再生石墨。该工艺回收的石墨纯度可以达到99.5%，符合电池级石墨材料的标准。

4. 磷酸铁锂电池回收中的电解质材料回收
在动力电池中，电解液约占电池成本的15%，它含有比较丰富的锂离子，具有一定的回收价值。目前，磷酸铁锂电池回收中的电解液回收包括真空热解处理、有机溶剂萃取回收处理和CO2超临界回收方法。

超临界CO2回收废锂离子电池电解液是指以超临界CO2为萃取剂，将锂离子电池隔膜与吸附在活性物质中的电解液分离的过程。

超临界CO2可以有效地溶解非极性物质，可以从废旧锂电池中分离出电解液。而且CO2稳定、无毒、廉价，可以实现分离和回收的一体化操作，因此在锂电池电解液的回收过程中发挥了巨大的作用。

5. 结论与展望
近年来，废旧磷酸铁锂电池的回收利用取得了很大进展，但大部分研究集中在正极材料的回收上，对正极材料中金属回收机制的研究并不深入，技术转化也不成熟。

同时，对各种金属的选择性分离和提纯的研究还比较缺乏。对正极材料和电解质的回收研究太少，无法实现全电池高价值资源的回收和再利用。

为了有效提高废旧磷酸铁锂电池的回收效率，增加其经济价值，应深入研究阴阳极材料、电解液的回收工艺和原理，开发出清洁、环保、短流程的回收工艺。从而真正实现废旧锂离子动力电池各组分的高效、优质回收。