废旧锂电循环利用可研1.doc

《废旧锂电循环利用可研1.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《废旧锂电循环利用可研1.doc（25页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、废旧锂离子电池资源化循环利用可行性论证报告目 录一、项目立项背景及依据11.1 项目提出的背景、意义和必要性11.2 该领域国内外技术现状、专利等情况分析(包括知识产权状况)，国内外技术发展趋势41.2.1 国内外发展现状及技术水平与国外同类产品相比较41.2.2 国内外专利等知识产权分析91.2.3 国内外技术发展趋势101.3 市场需求分析、现有产业规模及国家和省产业技术政策111.3.1 市场需求及预测111.3.2 现有产业规模及国家相关产业政策12二、项目开发及基地建设的主要内容及实施方案132.1 项目研究开发与基地建设的总体目标132.1.1拟建示范基地的总体目标132.1.2拟

2、建示范基地的投资预测132.1.3示范基地建设规模的预测依据142.2 项目研究开发的内容，需解决的关键技术，主要创新点；162.2.1 技术方案论述162.2.2 项目的技术关键，包括技术难点、创新点162.3. 项目研究方案、方法，实施方案和技术、工艺路线，可能取得的专利（尤其是发明专利和取得国外专利）及知识产权分析；202.3.1 项目研究方案202.3.2 工艺技术路线222.3.3 可能取得的专利（尤其是发明专利和取得国外专利）及知识产权分析222.4.1经济目标222.4.2 年度计划23三、项目实施条件243.1、主要研究开发人员的基本情况（学习、工作经历）243.2 与项目相关

3、的前期工作积累，包括现有技术基础、工作基础、特色及技术优势，已发表论文、论著，已取得的研究项目科技成果或技术（工艺）情况；263.3 正在承担的项目及进展情况283.4现有的仪器设备情况、相关领域的试验及基地等283.5 国内外科技合作交流情况293.6 项目依托单位的基本情况，组织实施和实施方案293.6.1 项目依托单位的基本情况293.6.2 组织管理的措施313.6.3 组织实施的方案313.7 承担项目的不足及其他需要说明的情况31四、经费概算和资金筹措324.1 项目经费概算324.2 经费来源32五、技术、经济效益分析345.1 技术经济效益分析（含经济效益、社会效益）345.1

4、.1 投资估算345.1.2 资金来源345.1.3 销售收入345.1.4 成本估算345.1.5 利润总额及分配355.1.6 社会效益355.2 推广应用前景分析或产业化可行性分析365.3 项目实施的风险分析（含市场风险、技术风险、管理风险等）。37六、项目可行性研究报告编制说明386.1 可行性报告编制单位名称、基本情况、负责人、联系电话386.1 项目执行者及可行性报告编制者姓名、年龄、学历、所学专业、工作单位、职务38七、有关附件：38一、项目立项背景及依据1.1 项目提出的背景、意义和必要性锂离子电池是20世纪90年代由日本索尼公司研制成功的，由于其具有电压高、体积小、质量轻、

5、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、寿命长等优点，现已被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等民用及军事应用领域，并可望在电动汽车、航天和储能等方面得到应用，以满足日趋严格的环保标准对城市汽车尾气的要求。然而，锂离子电池的充放电一般仅500次，目前废旧锂离子电池的资源化循环利用、大容量锂离子电池研发以及低成本、高性能的锂离子电池正极材料制备已成为锂离子电池行业普遍关注的难题。1）废旧锂离子电池含有重金属元素和有毒溶剂，属于典型的危险固体废物，必须进行资源化利用或无害化处理，以满足环保和国际电池市场对生产者责任制的要求。我国是全球最大的移动通讯大国，废旧锂离子电池的社会存量很大。

6、据信息产业部统计，2003至2005年我国的手机用户分别为2.69亿户、3.34亿户和3.88亿户。若按一部手机配备2只电池计算，2003至2005年年末，仅手机用户所配置的锂离子电池依次为5.38亿只、6.68亿只和7.76亿只。然而，锂离子电池是消耗品，其保用循环寿命一般300至500次，而手机电池还往往因手机的更新而废弃。按锂离子电池平均质量20克/只及平均寿命2年估计，至2005年年末，2003年手机用户配置的锂离子电池将全部失效，约5.5亿只，其质量约1万吨，按此类推，则2006年失效的锂离子电池将增至1.4万吨左右，故截至2006年底，全国的废旧锂离子电池存量累积约2.73万吨。废

7、旧锂离子电池是典型的危险固体废物，随意弃置会对环境造成严重危害。因为锂离子电池含有约1520的钴、15%的铜、0.5%的镍等重金属元素及3的锂和少量六氟磷酸锂与有机溶剂，故废旧锂离子电池是典型的危险固体废物，必须进行无害化处理。据电池工业提供的数据统计，1998年以来我国已经有超过20亿只小型二次电池被弃置于生活垃圾中。若继续将其随意弃置或混入城乡生活垃圾填埋而不予处理，则会对城乡土地和地下水体带来潜在的环境污染。废旧锂离子电池的资源化处理与无害化处置，是国际市场对我国锂离子电池工业的客观要求。中国是全球最大的电池生产和消费大国，也是电池出口大国，而失效电池早已被欧盟、日本、美国及中国等列入危

8、险固体废物。因此，根据ISO14000环境管理认证体系对产品进入国际市场的要求，我们必须建立废旧电池的管理、回收与处理体系。目前我国销往国际市场的电池已被征收回收费用，但由于尚未建立电池回收处理体系，我国却不能对进口电池征收回收处理费用。由于电池行业是劳动密集型行业，生产企业的利润率低，如果国际市场征收的环境处理费用提高，则将对我国包括锂离子电池在内的电池行业带来严重的不利影响。因此，尽快地建立失效电池的回收处理体系和相应的失效电池处理科研中心与示范基地已迫在眉睫。2）我国是对钴镍需求量很大而钴资源却极为匮乏的国家之一，而废旧锂离子电池的资源化利用已成为弥补我国钴镍资源短缺、确保锂离子电池工业

9、可持续发展的有效途径。我国是钴镍资源极为匮乏却市场需求量巨大的国家之一。目前我国已探明的钴金属储量虽然有58.3万t（未包括攀枝花钴资源），但多为含钴0.1%的黄铁矿以及与铜镍矿伴生的钴。由于含钴黄铁矿几乎不可用，实际可利用的钴资源量估计只有约40000t，是一个钴资源严重短缺的国家。我国单一钴土矿的储量只占全国总储量的2%，平均品位只有约0.3%；伴生钴矿的品位仅为0.02%，每年依靠国内钴资源生产的钴不到1000t，每年均需花费大量的外汇进口大量的含钴原料。而我国是全球最大的电池生产和消费大 图1 2004年中国的钴消费情况国，在以锂离子电池、镍氢电池为主导的二次充电电池的生产方面，200

10、3年我国的产量为16.19亿只（其中锂离子电池4.5亿只），出口14.86亿只（其中锂离子电池3.14亿只），进口11.96亿只（其中锂离子电池3.54亿节），消费13.29亿只，折合约40000t。据北京安泰科信息技术公司统计，我国2004年用于小型二次充电电池生产方面所消耗的钴就高达4500t、镍高达1万t。这相当于150万t钴土矿的开采量或我国4年的自给矿产钴的产量以及我国15%的镍产量。（参见图1）。我国含钴镍二次资源的回收与循环利用潜力巨大，特别是废旧锂离子电池的的资源化利用已成为弥补我国钴镍资源短缺、确保锂离子电池工业可持续发展的有效途径。目前我国已成为全球最大的手机通讯大国，也是

11、锂离子电池最大消费国。截至2005年底，我国手机用户已超过3.88亿户。由于锂离子电池的使用寿命一般为23年，以一部手机配2块电池计算，现有手机电池就超过7亿块；同时考虑到国内大量淘汰的笔记本电脑、随身电子产品所用锂离子电池，每年仅废旧锂离子电池的产出量就超过2万t。如果再考虑失效的镍镉和镍氢电池以及历年的累积和生产废品，我国二失效次电池的总量极为惊人。而锂离子电池含有约1520%的Co、15%的Cu和0.5%的Ni，其所含的钴几乎是我国矿产钴平均含量的850倍。此外，镍氢电池含有约30%的镍、4%的钴及10%的轻稀土金属；镍镉电池含有约20%的镍、1%的钴及20%的镉。正如前述，仅2004年

12、用于小型二次电池生产的钴约4500t、镍约1万t，而这相当于150万t钴土矿的开采量或我国4年的自给矿产钴的产量以及我国15%的镍产量。显然，失效二次电池的回收利用相当于一座大型有色金属矿山的开发，如按2006年8月15日上海金属交易所的金属价格（镍2426万元/吨、钴35万元/吨）计算，则失效二次电池中镍钴价值高达40.8亿元。3）传统的经济增长方式已不能满足国民经济的可持续发展要求，而废旧锂离子电池的资源循环利用项目建设，可望为我国紧缺金属二次资源的循环利用提供范例。目前，有色金属工业的主要增长方式是靠扩大采、选、冶企业的规模，其矿石能源和水资源消耗也相应增加，大大提高了对大气、水资源等环

13、境保护难度，如2004年我国有色金属工业产生了7000万t固体废物，历年堆存的固体废物已高达20亿t。传统的镍钴冶金工业也不例外。显然，传统的生产增长方式已越来越难以满足国民经济的可持续发展要求，必须开辟新的经济发展模式。然而，资源循环可以大幅度降低金属生产的能源。以有色金属工业为例，每生产1t原生有色金属，平均需要开采70t矿石，而利用再生有色金属，能源节约85%95%，生产成本降低70%50%。以再生铝为例，其能耗仅为原铝生产能耗的4%，再生铜的能耗也仅为原生铜生产能耗的16%。废旧锂离子电池的钴金属含量高达1520%，是我国伴生矿产钴含量的850倍以上，其资源循环不仅可以节约大量的镍钴矿

14、产资源，而且可以大幅度降低能源消耗，保护生态环境。没有任何一种新工艺、新设备能像资源循环利用这样，在节约资源、减少能耗和改善环境方面取得如此明显的效果。因此，早期工业化国家正是基于资源、能耗、环境等方面的考虑，早已经初步构建了有色金属的资源循环体系。但除铝、铜及铅的资源循环有较大进展外，目前我国尚未建立其它有色金属，特别是我国紧缺金属二次资源的资源化循环利用体系，其原因在于缺乏能满足处理二次资源物料处理时经济性、生态性、高效性、综合性等基本要求的支撑技术。综上所述，以废旧锂离子电池为对象进行资源化循环利用研究，并建设一座年处理10000吨的废旧锂离子电池及其相关废料的示范基地对于缓解我国紧缺的

15、镍钴金属资源、促进锂离子电池工业的可持续发展以及相关有色金属循环的支撑技术开发都具有重要意义。1.2 该领域国内外技术现状、专利等情况分析(包括知识产权状况)，国内外技术发展趋势1.2.1 国内外发展现状及技术水平与国外同类产品相比较自20世纪60年代以来，西方国家开始立法加强废旧电池的管理、回收与处理，至1996年5月当时的美国总统克林顿签署含汞电池和可充电电池管理法令止，主要发达国家已建立了较完善的废旧电池管理体系。国内废旧电池的管理工作尚属于起步阶段，目前废旧镉镍、氢镍及锂离子电池的主要去向是城乡生活垃圾场，不但浪费了大量的有价金属资源，而且严重污染环境。对于普通干电池、镍镉电池的处理，

16、日本、韩国、德国、瑞典等曾采用火法冶金或真空蒸馏法建立了废旧干电池、镍镉电池的处理工厂，但由于废旧干电池无汞化使得日、韩等建立的年处理6000吨干电池工厂经济效益急剧下降，而德国等采用蒸馏法处理镍镉电池的工厂则将除镉后的残渣熔炼成镍铁，供给不锈钢厂。国内的中南大学曾于1991年与北京冶炼厂合作建成了干电池处理湿法冶金车间，但因故停产。下面着重对锂离子电池的循环利用技术进行归纳总结。1）日本是锂离子电池的诞生地和最大的生产国之一，也是对废旧锂离子电池的资源利用研究最多的国家之一，但却未见有废旧锂离子电池处理工厂的报道。 Zhang Pingwei等提出了萃取法分离回收锂离子电池中Co、Li的新工

17、艺，其主要工序包括：（1）破碎用机械将锂离子电池破碎后，除去外层的塑料皮和金属外壳，并电芯上拆下正极材料（主要由LiCoO2、少量有机聚合物和石墨分构成）；（2）浸取工艺。Zhang Pingwei等还研究了3种不同的浸取剂H2SO3、盐酸羟胺、HCl在不同条件下的浸取动力学。很明显，随着浸取萃取出来；当pH5.5时，锂开始慢慢被萃入有机相。实验结果还表明：相似的pH值条件下，PC-88A系统中，Co/Li的分离因子（=D/D,D表示两相中的分配系数）比D2EHPA系统高出23个数量级。通过分析之，经过PC-88A萃取后的水溶液中，Co的浓度已经很低，只有10-410-3g/l；而经过D2EH

18、PA萃取后，Co的浓度约为10-210-1 g/l。因此，相对于D2EHPA，PC-88A是一种性能更优越的萃取剂。（3）钴的回收：萃取后的有机相经过萃取剂回收后，水溶液中的Co的浓度比较高，可以通过电解法回收Co，也可以通过调节溶液pH值，将溶液中的Co以Co(OH)2沉淀的形式沉积出来。（4）锂的回收。Li2CO3在0时的饱和溶解度为1.52g，100时的溶解度为0.71g。萃取之后的水相，按照一定比例加入饱和碳酸钠溶液，加热浓缩至饱和，冷却至常温，可使大部分Li2CO3以晶体形式沉积出来。其萃取回收工艺流程如图2所示，该湿法流程具有钴、锂分离彻底、回收率较高、产品纯度较好等优点，已成为当

19、今废旧锂离子电池处理的经典流程之一。 图2 萃取法回收废锂离子电池中钴、锂的工艺流程图 金泳勋等则采用浮选法工艺进行了废锂离子电池的回收利用研究，该工艺流程可分成电池粉碎分选工艺和回收处理工艺两部分。首先用立式高速旋转粉碎机将废锂离子电池粉碎30 s，然后用10 目筛子进行筛分，获得筛上产品和筛下产品。筛上产品经风力摇床分选，获得轻产品和重产品。筛下产品用65目振动筛筛分，获得筛上产品和筛下产品。按废锂离子电池给料产率为100 %，计算各工艺流程产品的产率，粉碎后的产品产率90.2 %，由10目筛子、风力摇床和振动筛处理得到以下三个产品：用作隔板的树脂材料产品产率为4.3 %，铝箔、铜箔或铝制

20、金属壳碎片产品的产率为39.8，含锂钴氧化物颗粒和石墨的混合粉末产品的产率为46.1 %。最后将粉碎分选工艺得到的黑色混合粉末在温度500下热处理2 h，使锂钴氧化物颗粒和石墨表面改性，随后在MS型浮选机中用浮选法分离锂钴氧化物和石墨。浮选法的工艺条件为：捕收剂煤油用量12 kg/ t，起泡剂MIBC 用量1.4 kg/ t，矿浆固体浓度10 % ，浮选时间10 min ，能有效分离锂钴氧化物- 石墨混合粉末，获得的锂钴氧化物产品中的锂钴氧化物，品位为93 %以上，回收率为92 %以上。其工艺流程如图3所示。浮选法的工艺流程相对比较简单，投资成本比较低，可以实现活性材料中LiCoO2、Al箔、

21、Cu箔和石墨粉末的有效分离，锂钴氧化物的回收率可达90 %以上；但是所获得产品为没有活性的LiCoO2，需要进行进一步的处理。图3 废锂离子电池粉碎- 分选浮选工艺流程图2）韩国也是锂离子电池生产大国，由于资源缺乏，对废旧锂离子电池的资源利用极为重视，并提出了热解柠檬酸胶凝胶法处理废旧锂离子电池直接制备锂离子电池材料的新工艺，但该法的试剂成本高、钴回收率不高。柠檬酸溶胶凝胶法工艺如图4所示。首先将废旧锂离子电池破碎筛分、浮选工艺后，获得纯度大于94%的废旧正极材料LiCoO2；以硝酸作为浸取剂，将Li、Co转移成离子态；除杂后加入柠檬酸等调节混合物的配比，经过蒸发干燥做成凝胶，最后在高温下加热

22、焙烧即可获得具有活性的电池正极材料锂钴氧。该工艺流程具有以下特点：1) 通过煤油浮选工艺，获得比较纯的废旧LiCoO2，减少后期处理的杂质干扰。2) 用柠檬酸溶胶凝胶法直接合成正极材料，简化了流程，且产品经济价值高。3) 可以根据产品需要，向浸出液中适当添加金属镍，来制备目前比较常见的LiNixCo1-xO2。4) 该工艺过程使用的柠檬酸用量较大，而且柠檬酸价格较贵，这必然导致整个工艺过程的成本提高，从而限制该工艺在实际生产中的应用。图4 柠檬酸法直接合成钴酸锂正极材料工艺 3）意大利等国学者对废旧锂离子电池的资源利用也进行了大量研究，部分进了扩大型试验，但均未见生产应用报道。 澳大利亚的奥斯

23、麦特有限公司曾采用催化转化炉对废旧锂离子电池、镍氢电池及计算机线路板进行了熔炼，其扩大试验规模为157 kg/h，并连续运行数天。由于熔炼温度高达1400，废旧电池及线路板的所有物制都被燃烧，烟气中无二恶堙产生，且镍钴的金属回收率高，其缺点在于投资高、运行成本高，但国内已引进多台奥斯麦特炉，分别用于铜、铅和锡冶炼。 Contestabile等采用氮甲基吡咯烷酮（N-methylpyrrolidoneNMP）浸除粘结剂，使金属Al和Cu箔片、锂钴氧化物和石墨粉末混合物解离，然后过滤分离出金属Al和Cu箔片以及锂钴氧化物和石墨粉末混合物；并在80条件下用4M/L的HCl将锂钴氧化物和石墨粉末混合物

24、浸取1h后过滤，除出石墨粉末，从而获得了较纯净的氯化钴溶液；采用NaOH调节该溶液的pH值，可获得Co(OH)2沉淀。该法的NMP可以循环使用、Al和Cu的金属箔片不进入溶液，简化了净化流程（参见图5）。 Panero等提出了一种从废旧锂离子电池中回收Co(OH)2的简单工艺，但目前仍停留在实验室阶段，且只实现了金属钴的回收，而未考虑到锂的回收问题。 Lain则提出了用电解分离法使经过前期处理的电池正极活性材料（锂钴氧和石墨混合物）分离的方法，其总反应方程式可以用下式来表示：2LiCoO2(s)+H2O 2CoO(s)+2LiOH(aq)+1/2O2(g)通过电解，固相中的三价钴被还原为二价钴

25、；锂转化成为氢氧化锂，并从固相转移到液相，实现了两重金属分离的目的。正极材料中石墨颗粒的存在增强了溶液的传导效率。但是电解法能耗比较大，因而在一定程度上影响了该工艺的经济性。图5 Contestabile的锂电池回收工艺流程总之，由于日本、韩国、中国及中国台湾地区是全球最集中的锂离子电池产出地，对钴的需求量巨大；而东亚地区拥有全球四分之一的人口，又是移动通讯和电脑最为普及的地区之一，其废旧锂离子电池的产出量大。中、日、韩等国都是钴消耗量大而钴资源却极为匮乏的国家。故比较而言，东亚地区的学者对废旧锂离子电池的资源化利用研究相对较多。此外，美国也有一些锂离子电池拆解设备的专利报道。4）国内学者对废

26、旧锂离子电池的资源利用也进行了大量研究，但大多仅报道了废旧锂离子电池正极材料或生产废料的实验室实验结果。不过，国内已有专门的锂离子电池拆解公司和从事失效二次电池及其生产废料的专门企业。 清华大学的徐盛明、吴芳等曾采用机械破碎、分选、浸出、净化、萃取分离、结晶等流程对废旧锂离子电池的提取工艺进行了研究，并在镍氢电池、锂离子电池的处理方面取得重要进展，除镁及脱油率与镍钴回收率等指标均达到了国内先进水平。 佛山市邦普镍钴技术有限公司是目前国内专门进行废旧电池再利用和拆解的专业性公司。采用自行研制的拆解机对国内外电池企业的废旧镍氢、锂离子电池进行拆解处理，电池的外壳和电芯部分分别外销专业厂家处理，其废

27、旧电池处理能力已达300吨/月。 中国科学院金属所的申勇峰、华南师范大学的南俊民等也分别对废旧锂离子电池的利用进行了研究，其中南俊民还申请了拆解设备的专利。 北京科技大学的王晓峰等尝试将传统的络合法与离子交换法相结合，实现了对材料中的多种金属元素的分离和回收，其中钴镍两种金属的回收率分别达到了84.9 %和89.1 %。 北京矿冶研究总院、河南科隆集团电源材料有限公司近年来也对失效二次电池及其生产废料的提取工艺进行研究，但尚未见处理废旧锂离子电池的报道。 此外，中南大学、东北大学、四川大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学等若干高等学校和科研院所都进行过废旧锂离子电池及其生产废料的处理研究。1.2

28、.2 国内外专利等知识产权分析关于废旧二次电池的处理，国内外科技工作者已申请了大量专利，主要涉及火法处理和湿法处理两类。在火法处理方面，澳大利亚申请了用澳斯麦特催化转炉处理废旧二次电池的专利。澳斯麦特催化转炉是由艾萨熔炼法发展而来的，澳斯麦特公司于2000年曾完成了每小时处理157千克的镍氢、镍镉电池的半工业试验，电池不需要分类，直接投入催化转炉，具有极好的技术指标和环保特性。尽管我国已经引进多台炼铜和炼锡的艾萨熔炼炉，但艾萨熔炼炉的处理量大，很难有如此大量的废旧二次电池供应。在湿法冶金处理方面，主要采用溶剂萃取工艺，但主要的萃取剂和萃取工艺都是20世纪60年代开发成功的，目前只有几种工业萃取

29、剂供选择和规模应用。故国内外的专利一般仅局限于工艺参数调整等，没有根本性的大的变革。本项目承担单位已建成了年处理约3000吨的废旧电池及其生产废料的生产线，并已申请了2项国家发明专利。因此，在废旧锂离子电池的处理工艺方面，完全可以避免现有专利的限制，并根据自己的原料体系申请知识产权保护。1.2.3 国内外技术发展趋势对于废旧锂离子电池的处理，火法冶金和湿法冶金技术都有一些进展。典型的火法冶金工艺是澳大利亚的澳斯麦特催化转炉熔炼法。该法具有流程短、环保彻底等优点，其缺点在于冶炼产品为合金或熔锍，需要进一步处理或外销，且回收过程的增值低，难以实现电池行业的工业生态循环。湿法冶金工艺，即预处理浸出溶

30、剂萃取工艺为废旧锂离子电池资源循环利用的优选流程。湿法冶炼工艺具有钴、镍等等有价元素分离彻底，并可以直接制备电池工业必需的原料，甚至电极材料，所回收产品的价值高，且可实现电池工业的生态循环，其缺点是湿法处理工艺流程长，需要废水及废渣处理等严格的环保措施，以确保无二次污染产生。废旧二次电池将来应主要来自社会回收体系，但限于普通消费者的知识和环保意识，社区等收集的将是废旧锂离子、镍氢、镍镉以及干电池等混合电池，其彻底分类将十分困难。因此，采用选择性除杂的有价金属提取与电池正极材料的直接制备已引起国内外科技工作者的注意。韩国学者以Li-Co-H20等体系的热力学为基础，曾发明了废电池浸出液净化除出有

31、害杂质、通过成分调整、用柠檬酸溶胶凝胶法共沉积、焙烧干凝胶制备锂离子正极材料的新工艺。尽管该工艺的钴和锂回收率偏低，仅分别在85和75左右，比直接萃取分离镍钴的回收率（9899）低很多，且共沉积使用的柠檬酸等成本高，但该法简化了工艺流程，为废旧二次电池的资源循环开辟了一条新思路。目前一种新型的锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂具有很好的商业前景。故以Li-Co-Ni-H20、Li-Mn-H20和Li-Co-Mn-H20等体系热力学为基础，开展废旧二次电池的浸出选择性除杂成分调配共沉积焙烧电池材料的冶金材料一体化工艺开发，对于实现“电池废电池电池”的工业生态循环具有重要的意义。1.3 市场需求分析、现

32、有产业规模及国家和省产业技术政策1.3.1 市场需求及预测1） 主要应用市场示范基地的废旧锂离子电池资源循环利用工艺具有一定的通用性，市场前景好。工程建设主要面向废旧锂离子电池及其生产废料的资源化处理，但从成本最小化和利益最大化的原则出发，由于废旧锂离子电池及其生产废料等废料的湿法冶炼工艺及设备是相似的，故即使在废旧锂离子电池原料供应不足的情况下，也可以处理废旧镍氢电池。废旧锂离子电池的回收产品由其正极材料的成分而定，主要为硫酸钴、碳酸锂以及少量硫酸镍。这些都是电池材料厂等市场短缺的重要化工产品，预计在未来几十年内的市场前景都十分看好。2） 主要使用领域的需求量及未来市场预测钴镍的主要应用领域

33、为电池、陶瓷、催化剂和硬质合金等，其中二次电池的消耗量约占57，仅2004年已消耗钴4500吨左右，而我国是钴资源极为匮乏而钴消耗量极大的电池生产大国，其中仅锂离子电池年增长速度仍在20以上，可见钴的消费量是十分巨大的。另外，随着我国冶金、化工及国防工业的快速发展，钴的消费量也正在迅速增加（参见图1）。显然，我国未来数十年的钴需求量仍然是十分巨大的，供不应求。废旧锂离子电池的资源化循环利用示范基地的原料来源稳定，如果建立了全国性的废旧电池体系，则可以进一步扩大生产规模。我国每年产生的废旧锂离子电池在五亿支以上，总重量可达 1.5万吨，且增长速度很快。另外，在电池生产过程中会产生一定量的废料，包

34、括边角余料、废粉料、废浆料等，据估计，目前国内电池厂家产生的废料就达300吨/月。废旧二次电池及其生产废料中蕴涵的镍金属计达到10000吨/年，钴已金属计达到4500吨/年，总回收价值约40亿元人民币。如果建立了全国性的废旧锂离子电池的回收体系，则完全能满足较大规模的废旧锂离子电池资源化循环利用示范基地的原料需求。1.3.2 现有产业规模及国家相关产业政策废旧锂离子电池及其生产废料含有钴、镍等有价金属，均属于国家紧缺的有色金属资源，如果不进行高效循环利用，会造成资源的极大浪费。因此，废旧锂离子电池的资源化循环利用完全符合国家的产业政策，特别是在大力提倡资源节约、循环经济的今天，开展废旧锂离子电

35、池等二次电池回收处理研究及其产业化开发，对于我国锂离子电池产业的可持续发展具有十分重要的意义。二、项目开发及基地建设的主要内容及实施方案2.1 项目建设的总体目标2.1.1拟建项目的总体目标2.1.2示范基地建设规模的预测依据正如前述，我国是全球最大的锂离子电池生产大国和最大的移动通信大国，详情参见表22。此外，我国的激光视盘、随身听、移动电脑等数码产品有数亿用户，很多也是配置锂离子电池表22 中国的手机用户、配套电池及其废旧锂离子电池回收率预测年份手机用户(信息产业部)配套电池废旧锂电池（亿只）锂离子电池回收率预测失效锂离子电池手机淘汰电池小计1020509020011.282.562002

36、1.452.920032.695.382.560.5383.0380.300.601.502.7020043.346.682.90.6683.4680.350.701.733.1520053.937.865.380.7866.1660.621.243.095.5820064.41*8.816.680.8817.5610.761.523.786.8420075*10.07.761.08.760.881.764.387.9220106.35*12.78.811.2710.081.02.05.049.72注：为信息产业部统计（*预计）数据；手机电池按2年寿命计算，如2001年配置的2.56亿电池于2

37、003年全部失效； 设定用户手机的当年更新率（20），这些旧手机的50%进入二手机市场、50闲置或废弃。2001年至2006年年底，我国失效的锂离子电池累积量将在20亿只以上，按每个电池块的平均质量20g 计算：若废旧锂离子电池回收率为10，则全国回收的锂离子电池质量在4000吨左右；若回收率提高到20时，则全国回收的废旧锂离子电池质量在8000吨左右；若回收率为50时，则回收的废旧锂离子电池质量在2万吨左右；若回收率为90时，则回收的废旧锂离子电池质量约3.6万吨。将拟建设废旧锂离子电池循环利用项目设定在5000吨/年是比较合理的，其理论回收率也仅为12.5，而且实际上锂离子电池厂尚有部分次

38、品和生产废料。因此，即使废旧锂离子电池的实际回收率在10以上，建设一条年处理5000吨的废旧锂离子电池及其相关废料的生产线也是十分稳妥的。2.2 项目研究开发的内容，需解决的关键技术，主要创新点；2.2.1 技术方案论述废旧锂离子二次电池回收处理流程图如图6所示。图6 锂离子电池及其正极材料处理流程示意图该工艺采用了较先进的冶金分离技术，流程简单，有价金属回收率高，产品质量好，且生产过程消耗低，污染较小，与单纯的化学法处理流程相比具有明显的优势。2.2.2 项目的技术关键，包括技术难点、创新点1）项目的基础原理及关键技术内容拟着重处理废旧锂离子电池及其生产废料，同时也兼顾其他含镍钴废料等。主要

39、的研发工作及其基地建设内容有： 废旧锂离子电池及其它二次电池及其生产废料收集体系建设虽然废旧锂电池的循环回收已经引起了党和国家的高度重视，但我国至今尚未建立完整的垃圾分类收集体系，必须进行相关法律、政策方面的思考。对于废旧锂电池处理企业个体来说，仅依赖于从社会上收集废旧锂电池，则企业是难以生存与发展的。因此，除了国家明确的政策引导、促进全社会的支持和参与外，废旧二次电池的处理企业，也有义务对废旧锂离子电池的收集体系进行探索，如目前采取的措施是与锂电池生产企业建立互信的依存机制，一方面集中处理锂电池厂的次品锂电池及其生产废料，同时为电池企业提供合格的锂电池原料。由于锂电池企业的产品分类明确，免除

40、了废旧锂电池处理企业的再次分选，也简化了工艺流程。 废旧锂离子电池的金属提取工艺优化及新型萃取设备的研制进入21世纪以来，针对我国紧缺金属二次资源循环利用的冶金关键技术问题进行了大量的研究，特别是在废旧二次电池的资源化循环利用技术方面已承担和参与完成了多个国家、广东省和企业的技术开发课题，已取得了一些重要进展。废旧锂离子电池等二次资源与一次矿产原料相比，有许多特殊性，包括原料的成分和含量的高波动性、毒害性和有机无机杂质的复杂性。因此，二次资源的循环利用必须同时满足综合性、经济性和生态性等基本要求，如废旧二次电池的处理，则必须进行工艺参数等优化工作，以满足电池材料对放电性能等要求，同时与原生矿的

41、冶炼厂相比，锂离子电池资源化循环示范基地的规模较少，如采用传统的萃取设备则占地面积大、一次性投入的溶剂量大。因此，有必要进行新型萃取剂及其高效萃取设备（如离心萃取设备）的应用推广研究，以便为其它废旧锂离子电池处理工厂提供应用实例。 锂电池厂残次品的环保处理：锂电池厂的残次品率一般在3左右，环保处理，这是易于分类处理的。作为示范基地，为了避免这部分原料的流失，国家有关部门可以制定相关的法律或条例，规范次品电池的处置。 锂电池厂召回产品的环保处理：随着经济全球化发展，锂电池生产工业在国内的迅速发展，锂电池产品的外销量逐年增加，而西方发达国家的环境管理体系比较健全完善，对污染控制一般实行谁生产谁负责

42、的政策。国际市场对生产电池厂家有废旧锂电池回收处理的服务要求。因此，该项目的实施对于增强我国锂电池行业在国际上的市场竞争能力是很有意义的。 与中国移动通信公司等合作，开展手机电池的回收工作。中国移动通信公司拥有25000多个网点，遍布全国的各个乡镇，若采用话费优惠等措施，则有可能回收部分废旧手机锂电池；同时国内外手机企业本身大多没有锂电池厂，其配套锂电池大多采用贴牌方式，与锂电池企业也有密切的联系，通过一定的政策约束，可以在锂电池生产企业与锂电池回收处理基地发挥桥梁作用。2）项目创新点(1) 为建立有效的废旧锂电池收集体系、控制废旧锂电池对环境的污染、节约我国严重短缺的战略性金属资源提供了技术

43、支撑。(2) 废旧二次锂电池的分类、选别及其拆解技术的开发与装备研制，可望为后续的工艺流程简化打下坚实的基础。(3) 采用选择性溶剂萃取等先进杂质净化技术，进行分类分组除杂，如通过合理的萃取工艺设计，有效地实现了有害元素与有价金属的组分离，取代了传统的用化学法逐一分离各元素的工艺，分离效率高，有价金属回收率高，流程简单，生产过程消耗低，污染小，与单纯的化学法处理流程相比具有明显的优势。(4) 拟进行新型萃取剂及高效萃取设备的推广应用研究，以便为后续的废旧锂离子电池处理新工艺提供设计依据。(5) 拟开展镍钴锰酸锂等新型锂离子电池材料的直接合成研究，有助于简化废旧二次电池的分选工艺、简化回收流程，

44、提高整体流程的经济效益。2.3. 项目研究方案、方法，实施方案和技术、工艺路线，可能取得的专利（尤其是发明专利和取得国外专利）及知识产权分析；2.3.1 项目研究方案图7大致说明了技术路线、拟进行的一些研究内容和需解决的主要问题，主要的实验手段是常规的湿法冶金方法、无机材料化学和电池电化学方法。 浸出过程：根据锂离子电池废料的化学成分主要为钴酸锂，开展废旧锂离子电极材料的选择性浸出过程其浸出动力学。如果物料中的铝含量高，则可以考虑碱预处理除铝，以避免对后续萃取的除杂等分离过程带来不利影响。 净化过程：第一种方案：采用化学中和法除铁、在不同pH值下溶剂萃取法去除钙、镁、锰等杂质，然后萃取镍钴。目

45、前镍钴湿法冶金流程比较成熟，一般只是针对不同原料的杂质等成分差异，在工艺参数等方面有所调整。在第2期工程建设中依然采用这类较为成熟的工艺流程。第二种方案（未来发展方向）：针对镍钴锰酸锂前驱体制备的物质组成，提出一套与镍钴锰酸锂前驱体制备相适应的杂质分离新方法。主要是去除铁等与镍钴锰酸锂无关的其它杂质。锌、铜等重金属杂质可以通过萃取分离；钙、镁，尤其是从混合液彻底脱镁则十分困难。如果再生混合液中的钙、镁浓度太高，则有可能降低由共沉积产物制备的电极产品的电化学性能。传统的氟化钠除镁过程太长、钠离子在流程中的积累和含氟废水难处理，拟探索新的除镁方法或合适的工艺方案。锂离子电池使用了多种有机电解质和溶

46、剂，残留的有机物在浸出过程中进入溶液，有可能对萃取体系带来不利的影响（如乳化、产生第三相），残留萃取剂有可能对镍钴锰酸锂前驱体共沉积过程有影响，最好除去。此外，该方案的净化过程与镍钴冶金中萃取回收镍、钴的目的恰好相反，主要用于萃取除杂，负担较轻，故有必要进行萃取过程及其动力学研究，以便使整个分离设备小型化。 材料合成：包括采用络合结晶法及固相合成法合成四氧化三钴、钴酸锂、镍钴锰酸锂前驱体及正极材料。2.3.2 工艺技术路线本项目的工艺技术路线如图6所示。2.3.3 可能取得的专利（尤其是发明专利和取得国外专利）及知识产权分析通过本项目的研究开发及基地建设，研发出适合我国国情、技术经济指标先进、

47、适用、少污染、环保设施完备的废旧二次电池处理技术。可望在选择性除杂和直接合成镍钴锰酸锂新材料等方面获得12项国家发明专利。2.4 项目的具体考核指标、年度实施内容和具体考核指标。2.4.1经济目标预计工程建设完成时，将新增年处理5000吨废旧二次锂离子电池及其生产废料的能力，达到年产含钴镍电池材料2500吨（折合金属钴1500吨，镍500吨），若按金属钴价格36万元/吨计算，镍12万元/吨计算，其综合产值约60000万元，年平均税后利润约35005500万元。技术、质量指标：生产工艺中钴的回收率大于97%；产品品质符合锂离子电池材料行业标准；完全满足环保要求。2.4.2 年度计划三、项目实施条件3.1、主要研究开发人员的基本情况（学习、工作经历）3.2 与项目相关的前期工作积累，包括现有技术基础、工作基础、特色及技术优势，已发表论文、论著，已取得的研究项目科技成果或技术（工艺）情况；3.3 正在承担的项目及进展情况 （1） 共生氧化矿多元材料化冶金基础,973课题（2007CB61360