圖1. 廢舊鋰離子汽車電池

正確回收電池可以促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，使電池材料得以持續(xù)使用，以減少浪費(fèi)和污染。提取的材料可被重新制造成新電池或用于其他應(yīng)用，從而減少了新生產(chǎn)對(duì)原材料的需求。

本應(yīng)用說明將探討回收鋰離子電池的價(jià)值，分享電池回收過程，并重點(diǎn)介紹便攜式X射線熒光(XRF)技術(shù)如何有助于從廢舊電池中有效回收有價(jià)值的金屬。

鋰離子電池回收是實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)未來的重要過程。從為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力到存儲(chǔ)可再生能源，鋰離子電池在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

然而，對(duì)電池的不當(dāng)處理帶來了環(huán)境和資源方面的挑戰(zhàn)。鋰離子電池的回收至關(guān)重要，因?yàn)樗�可以回收�?Li)、鈷* (Co)和鎳(Ni)等有價(jià)值的金屬，從而減少了開采資源的需求，并促進(jìn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)。電池回收不僅可防止電池中的有害物質(zhì)滲入到土壤和水源中，還可大幅減少與新電池制造相關(guān)的溫室氣體排放，從而減輕了對(duì)環(huán)境的影響。

通過負(fù)責(zé)任的回收實(shí)踐，電池的生命周期得以延長，并大幅提升了其經(jīng)濟(jì)和環(huán)境價(jià)值。電池回收是一種創(chuàng)造可持續(xù)能源景觀、保護(hù)自然資源和盡量減少環(huán)境危害的必要措施。
 

為了實(shí)現(xiàn)有效的資源回收并減少對(duì)環(huán)境的影響，鋰離子電池的回收分為幾個(gè)階段：

首先，從各個(gè)地方收集廢舊電池，包括回收機(jī)構(gòu)和電子垃圾處理場。為了避免交叉污染，這些電池需根據(jù)化學(xué)成分、尺寸和類型進(jìn)行分類。

接下來，電池經(jīng)過預(yù)處理階段，去除電解質(zhì)和外殼或包裝。鋰離子電池在處理前已完全放電，以消除自燃的風(fēng)險(xiǎn)。為進(jìn)一步處理準(zhǔn)備電池，然后以機(jī)械方式將電池切碎或碾壓成小塊。通過暴露電池的內(nèi)部組件，可以更有效地提取和分離有價(jià)值的部件。

采用多種專門工藝提取電池中有價(jià)值的金屬，包括鋰(Li)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉛(Pb)和鎘(Cd)(見圖1)。由于這些金屬可被回收并用于制造新電池或其他產(chǎn)品，因此減少了資源開采的需要。

循環(huán)利用的另一個(gè)目標(biāo)是回收塑料部件。塑料元件從電池碎片中分離出來后，可以回收利用或用于燃料，從而為資源保護(hù)提供了另一個(gè)機(jī)會(huì)。

某些電池的電解液，如鋰離子電池陰極(稱為黑色物質(zhì)或黑粉)，可使用多種專有工藝進(jìn)行回收，并重新利用，或作為廢料進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幹谩Ｍㄟ^對(duì)電池的回收處理，潛在危險(xiǎn)的化合物得到了妥善管理。在電池制造過程中需要返工的鋰離子電池陰極(黑色物質(zhì))，可被回收、測試和重復(fù)使用。

整個(gè)電池回收過程都嚴(yán)格遵守環(huán)保法規(guī)。這包括通過妥善處置危險(xiǎn)廢物、廢水處理和排放控制，大幅減少對(duì)環(huán)境和人類健康的潛在危害。

最后一步是在遵守既定法律法規(guī)的同時(shí)，妥善處理任何無法回收的剩余廢物。

圖2. 廢舊鋰離子電池的回收工藝(Zachary J.Baum, Robert E.Bird, Xiang Yu, and Jia Ma. ACS能源快報(bào)，2022年7月(2)，712–719)

對(duì)鋰離子電池的回收利用可以保護(hù)稀缺資源，降低對(duì)原材料的需求，并鼓勵(lì)采用更環(huán)保的方法制造和處理電池。這些回收工作促進(jìn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)，使電池材料得以盡可能長時(shí)間地保持流通。
 

便攜式XRF分析儀如何有助于鋰離子電池回收過程

Vanta系列(圖3)等便攜式XRF分析儀可使操作人員在電池回收過程的不同階段檢測樣品的元素成分，從而使鋰離子電池的回收變得更加容易。Vanta分析儀可在拆解電池、分離材料及沉淀工藝中識(shí)別鋰離子電池的元素含量和金屬，如鋰(Li)、鈷(Co)和鎳(Ni)。通過這種分析，可以快速分離和分類不同類型的電池，以便進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕厥仗幚怼?br />  

圖3. Vanta手持式XRF分析儀

Vanta手持式XRF分析儀還可以識(shí)別對(duì)消費(fèi)者健康和環(huán)境有害的鉛(Pb)或汞(Hg)等雜質(zhì)。Vanta分析儀可提供通過/失敗結(jié)果和受管制元素的檢出下限，使合規(guī)性篩選變得簡單易行。攝像頭和無線連通可選功能簡化了數(shù)據(jù)歸檔過程。因此，Vanta分析儀是一種評(píng)估廢舊鋰離子電池質(zhì)量和純度是否符合法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的有用工具。借助便攜式XRF分析儀進(jìn)行電池回收可提高生產(chǎn)率、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，并有助于有效的廢物管理。
 

使用便攜式XRF分析儀對(duì)鋰離子電池廢料樣品進(jìn)行檢測所獲得的結(jié)果

圖4顯示了使用Vanta分析儀對(duì)鋰離子電池廢料樣品(黑色物質(zhì))進(jìn)行檢測所獲得的XRF結(jié)果。結(jié)果表明Vanta分析儀可分析黑色物質(zhì)中的鎳(Ni)、鈷 (Co)、鋁(Al)和錳(Mn)等金屬。

圖4. 鋰離子電池廢料樣品(黑色物質(zhì))的化學(xué)結(jié)果和光譜信息

這種無損分析只需對(duì)樣品稍微制備即可提供快速、準(zhǔn)確的結(jié)果。Vanta分析儀具有直觀的用戶界面和可定制的軟件，易于使用和學(xué)習(xí)，可實(shí)現(xiàn)高通量檢測，并提高生產(chǎn)效率。