锂电池材料回收生命周期分析及优化设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

自从人类发明出汽车这种交通工具，人们可以在一天之内到达很远的地方。随着人类社会发展的需要，世界汽车保有量也越来越多，每家每户几乎都拥有一辆汽车。这种快速的工具给我们带来极大便利的同时也对环境造成了不可估量的深远影响。传统汽车中使用石油类燃料所产生的有害气体如co、no_x、co₂、so_x、pm2.5和臭气等是酸雨，雾霾，光化学烟雾以及温室效应的罪魁祸首。地球环境的恶化会让人类陷入万劫不复的境地，再加上石油资源的短期不可再生，促使专家们寻求另一种能源来取代石油，纯电动汽车应运而生。这种新能源汽车具有对环境污染小，节能环保的特点，既可以解决能源短缺问题又可以缓解环境污染问题，得到了世界范围内各个国家的推广和应用。而在新能源汽车中，锂电池电动车在未来发展中期望最高^[1]。

锂离子电池具有比能量高，循环性能好，自放电量小，无记忆效应等特点，其寿命一般为4到5年，所以锂电池电动汽车的需求势必会迎来锂离子电池报废的热潮。据统计到2020年，世界废旧锂离子电池数量将会达到250亿只和50万吨^[2-3]。废弃的锂离子电池中含有的有机溶剂、含氟化合物以及金属钴、镍、锰等会给环境造成污染及危害。世界上规模化的废旧锂离子电池的处理的厂家相对较少，而且产业化水平相对较低，在发达国家也仅有几家公司。国内则起步较晚，且回收处理技术研究大多处于实验阶段，没有实现多种金属的综合回收利用。因此，研究如何回收处理这些废旧锂离子电池尤为重要。

在锂离子电池中，三元锂离子电池因其成本低是未来发展的重要趋势，其贵重金属镍钴锂等的回收既能有效保护环境又能创造巨大的经济价值^[4-5]。近十年来，有许多人为三元锂离子电池的回收做出了巨大贡献，他们有的对废旧电池回收现状及方法进行总体概述^[6-8]，有的比较不同方法以得出经济性最好的方案^[9]，有的针对某一回收具体流程进行深入研究，还有的总结出一套可行的完整的回收方案。通过对文献的总结可以得出锂离子电池回收目前都选择湿法处理工艺且都要经历以下四个步骤：预处理步骤，二次处理步骤，浸出步骤以及分离提纯步骤。

预处理步骤是对电池进行深度放电处理后再进行初步破碎拆解。一般用电解液浸泡法和电阻法放电。二次处理步骤是去除黏结剂将正极材料和铝箔分开，有热处理法、溶剂溶解法和碱液溶解法等。浸出步骤有酸浸碱浸，现在基本上都是酸浸，将要回收的金属离子通过酸液浸出。酸浸反应的酸可分为无机酸和有机酸，无机酸现多用硫酸，硝酸，再加上过氧化氢或葡萄糖为还原剂，有机酸多用柠檬酸以及抗坏血酸^[10-17]。此外还能用生物淋滤技术，二氧化硫等^[18-19]。分离提纯步骤现大多采用化学沉淀法，萃取法将溶液中的金属离子提取出来。最后得到分离净化后的产物有重新合成的正极材料也有二氧化锰或单一金属化合物。而要重新合成正极材料又有共沉淀法，烧结法，溶胶－凝胶法等^[20-26]。

2. 研究的基本内容与方案

本设计主要是针对成都一家废旧锂离子电池回收公司的回收生产线进行优化设计并找出一种经济性最好的方案。

经过文献的查阅以及实际情况的调研，可以明显看出该公司在回收工艺的酸浸流程中耗费了大量的硫酸来对正极材料中的镍钴锰离子进行浸出。

硫酸浓度的增加固然会使金属离子的浸出率提高，使酸浸反应的时间减少，但当硫酸浓度增加到一定程度后再增加硫酸对金属离子浸出率的提高见效甚微，而且各离子浸出率达到99%即可达到效果，后续反应时间长且浸出率增长缓慢。

3. 研究计划与安排

1、3月6号前，学院完成毕业生参与毕业设计(论文)资格认定工作。

2、3月15号前，完成毕业设计(论文)选题调整和课程补退选任务。

3、3月25号前，学生上传开题报告和外文翻译，指导教师完成评阅审核。

4、4月15号前，学院组织完成中期检查，检查结果正式行文报教务处。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]李雅菲.电动汽车电池的发展现状与趋势[j].内燃机与配件,2018(24):176-178.

[2]armand m. building better batteries.[j]. nature,2008,451(7179).

[3]liang chen,xincun tang,yang zhang, et al. process for the recovery of cobalt oxalate from spent lithium-ion batteries[j]. hydrometallurgy,2011,108(1).

[4]崔妍,江卫军,张溪,等.三元锂电池将成为后起之秀[j].中国金属通报,2013(28):30-31.