您当前的位置：中南大学赖延清、蒋良兴教授团队：电场对废旧锂离子电池中有价金属浸出过程的影响｜《安博竞彩官方有色金属学报（英文版）》重点推荐文章
研究背景
由于废旧三元锂离子电池黑粉中元素种类和价态的复杂性，如何实现其中有价金属元素的高效浸出一直是研究的热点。本文提出了一种由电场增强的湿法冶金浸出工艺，施加的电场实现了辅助还原离子的循环利用，在确保高金属浸出率的同时，大幅减少了还原剂和酸的用量。在优化工艺条件下，锂、镍、钴和锰的浸出率分别超过98 %、97%、96%和93%。浸出动力学研究表明，锂、镍、钴和锰的浸出受化学反应过程控制，其浸出活化能分别为42.4、46.1、46.2和47.3 kJ/mol。
文章亮点
1.开发了一种电场强化浸出的有效策略，提高了废旧三元离子电池的浸出效率；
2. 通过添加辅助离子Cl-和Fe2+促进目标元素的还原浸出，并在外加电场的作用下不断循环，减少了还原剂和酸的使用与消耗；
3. 研究揭示了废旧三元锂离子电池黑粉的浸出机制与动力学。
图文解析
传统废旧三元锂离子电池的湿法回收工艺常采用H2SO4+H2O2的还原浸出工艺，导致了大量酸和还原剂的消耗，增加了回收成本。且H2O2稳定性不高，致毒性强，对其运输、存储有严格的规范要求，给生产带来很大的不便。
论文开发了电场强化浸出技术，即将废旧三元锂离子电池黑粉加入到含还原性离子——Fe2+和Cl-的电解液中，在两种辅助离子的协同作用下，三元黑粉中的有价金属（Li、Ni、Co和Mn)迅速浸出进入溶液，同时Cl-被氧化为Cl2，Fe2+被氧化为Fe3+。外加电场的存在，可在阴极将生成的Fe3+迅速还原为Fe2+，并进一步将Cl2还原为Cl-，从而实现了辅助离子的循环。而阳极析氧反应生成的气泡可促进电解液中溶质的对流，并为反应体系提供H+，维持电解液的酸性环境。
论文比较研究了只加Cl-或Fe2+，以及两种离子共同加入时的电场强化浸出效果，发现单一辅助离子对Ni、Co、Mn的浸出效果远低于两种离子协同作用下的效果。外加电场可实现辅助离子的不断再生循环，保证系统中大量还原性离子的存在，显著促进了目标元素的浸出过程。
研究结论
1. 采用Fe2+和Cl-协同辅助浸出，可大大提高Ni、Co和Mn元素的浸出效率。
2. 外加电场可在阴极表面将浸出过程中产生的Fe3+还原成Fe2+，进而将产生的Cl2还原成Cl-，从而实现Fe2+和Cl-的循环，避免了还原剂和酸的大量消耗。
3. 在2.0mol/L H2SO4、20g/L NaCl、0.1 mol/L FeSO4、S/L比=80g/L、电流密度=200 A/m2、浸出温度=80℃、浸出时间>60 min的条件下，Li、Ni、Co和Mn的浸出率分别超过98%、97%、96%和93%。
4. 浸出动力学研究表明，浸出过程是由化学反应过程控制的，且Li、Ni、Co和Mn的表观浸出活化能分别为42.4、46.1、46.2和47.3 kJ/mol。
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