為了應(yīng)對能源安全和能源環(huán)境污染等問題，鋰離子動力電池因其優(yōu)越的性能在新能源汽車領(lǐng)域得到了廣泛的運用。受制于鋰離子動力電池的使用壽命和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，鋰離子電池將在未來幾年逐漸進(jìn)入批量報廢階段，報廢的鋰離子電池含有鈷、鋰、銅、鎳、石墨等有價組分，回收價值極大。另一方面，廢鋰離子電池中含有重金屬離子、有機(jī)碳酸酯等有毒有害物質(zhì)，若不妥善處置將對環(huán)境構(gòu)成極大的威脅。為了實現(xiàn)資源化回收和無害化處理，廢鋰離子電池的回收已成為研究的熱點。

廢鋰離子電池物理分選技術(shù)研究現(xiàn)狀，重點對破碎、篩分分選、重力分選和浮選等工藝進(jìn)行了評述，提出應(yīng)加強(qiáng)物理分選相關(guān)的技術(shù)研究，進(jìn)一步提高分選產(chǎn)品純度，指出廢鋰離子電池高效率、低成本、低污染的資源化回收技術(shù)是未來的發(fā)展方向。對物理分選技術(shù)未來的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

廢鋰離子電池回收過程中的物理分選技術(shù)一般作為冶金提純前的預(yù)處理工序，用來富集高含量的物質(zhì)，其分選結(jié)果直接關(guān)系到后續(xù)工藝的選擇、提純難易程度、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等關(guān)鍵性問題，在整個回收利用環(huán)節(jié)中起到重要的承上啟下的作用。

然而，目前物理分選并沒有引起足夠的重視，缺乏系統(tǒng)的理論和高效的分選技術(shù)，嚴(yán)重制約了廢鋰離子電池回收的工業(yè)化和無害化處置進(jìn)展。因此，為了加深對廢鋰離子電池物理分選技術(shù)現(xiàn)狀的認(rèn)識和理解，對當(dāng)前的物理分選技術(shù)進(jìn)行了綜合論述，可為廢鋰離子電池的資源化和無害化處理提供參考。

當(dāng)前絕大部分已商品化的鋰離子動力電池正極材料普遍為三元材料、錳酸鋰和磷酸鐵鋰，其中三元材料電池和磷酸鐵鋰電池的市場占有量達(dá)45%左右。報廢的鋰離子電池通常含Co 5%～20%,Ni 5%～10%,Li 5%～7%，其他金屬（Cu,Al,Fe等）5%～10%、有機(jī)物15%以及塑料7%[16]，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)如圖2所示。有價金屬的含量高于礦石本身甚至加工后的礦石精礦，廢鋰離子電池被譽(yù)為名副其實的“金屬礦山。相較于其它電池，鋰離子電池通常被認(rèn)為是清潔、綠色的能源，但由于鋰離子電池含有重金屬離子、六氟磷酸鋰、有機(jī)碳酸酯等有毒有害物質(zhì)，若不妥善處理依舊對水質(zhì)、土壤和大氣造成污染。因此，廢鋰離子的無害化處理和資源的綠色回收處理，是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的必由之路，具有重大的資源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等效益。

廢鋰離子電池物理分選現(xiàn)狀

物理分選是根據(jù)廢鋰離子電池各組分在粒度、比重、磁性、潤濕性、摩擦荷電性等物理性質(zhì)的差異實現(xiàn)各組分分離和提純的過程[20-21]，包括篩分分選、重力分選、磁力分選和浮選等。具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、流程短、簡化后續(xù)冶金處理工藝等優(yōu)點，在實際運用中物理分選大多作為廢鋰離子電池回收過程中的預(yù)處理工序，用來預(yù)先富集高含量的物質(zhì)。

破碎、篩分分選

破碎是廢鋰離子電池資源回收過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，電池放電后經(jīng)切割、剪切或者沖擊粉碎等方式減小了電池的金屬外殼及內(nèi)部組分的粒度，廢鋰離子電池中的各組分破碎后往往在特定的粒級會產(chǎn)生富集，表現(xiàn)出明顯的選擇性破碎特點。

將廢棄鋰電池經(jīng)過一次沖擊破碎和篩分，金屬外殼和大片隔膜富集在+2 mm破碎產(chǎn)物中，金屬箔片和纖維狀隔膜富集在0.25～2 mm破碎產(chǎn)物中，電極活性材料鈷酸鋰和石墨富集在-0.25mm破碎產(chǎn)物中。周旭等[22]對廢鋰離子電池負(fù)極材料采用錘振破碎和振動篩分，得到的+0.250 mm粒級中銅品位為92.4%,-0.125 mm粒級中碳粉品位為96.6%,-0.125～+0.250 mm粒級再經(jīng)氣流分選，實現(xiàn)了銅與碳粉的有效分離。

針對傳統(tǒng)破碎法存在的粒度差不顯著、粒度分布不均勻等問題，采用規(guī)則破碎法，在破碎產(chǎn)物中負(fù)極材料與鋁箔和銅箔的粒度差極大，隔膜性質(zhì)未發(fā)生明顯變化，經(jīng)篩分實現(xiàn)了正負(fù)極材料與鋁箔和銅箔的分離。

對廢鋰離子電池破碎篩分得到-12mm粒級產(chǎn)品，利用超聲波對破碎產(chǎn)品進(jìn)行清洗，清洗后的產(chǎn)品再利用2 mm篩網(wǎng)篩分分選，得到的篩上產(chǎn)品為易于分選的銅、鋁和鐵薄片，篩下產(chǎn)品為電極材料。利用超聲波清洗使得電極材料中的92%的Co從其支撐薄板上充分脫落，為后續(xù)分選創(chuàng)造了有利條件。因此，廢鋰離子電池的破碎目的在于應(yīng)設(shè)法盡可能擴(kuò)大選擇性破碎效果，使破碎產(chǎn)物高效地集中在特定的粒級當(dāng)中，為后續(xù)分選創(chuàng)造有利條件。

重力分選是利用破碎后各組分的比重差異，借助風(fēng)力或水力介質(zhì)來實現(xiàn)不同組分的分離，重力分選是物理分選處理廢鋰離子電池重要的方法之一，重選設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低、無污染，主要用來分離廢鋰離子電池的隔膜材料和金屬材料。

磁力分選在物理分選過程中的回收對象大多為含磁性的鐵質(zhì)，可選擇性地分離廢鋰離子電池金屬外殼等鐵質(zhì)材料[34]或冶金工藝處理后的磁性物質(zhì)回收廢鋰離子電池中有價金屬的方法，其中機(jī)械處理部分包括了利用磁力分選來分離鋼殼。

針對剪切破碎和篩分后的廢鋰離子電池，利用磁選分離出+1 mm粒級顆粒中的鋼殼，非磁性產(chǎn)品經(jīng)渦流電選分離出塑料，最后通過氣流重力分選實現(xiàn)鋁和銅的分離，實現(xiàn)了對+1 mm粒級顆粒塑料、鋁、鐵、銅的分離。

物理分選一般作為冶金提純前的預(yù)處理工序來富集高含量的物質(zhì)，但隨著鋰離子電池技術(shù)水平的提高，鋰離子電池在組成和結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)新的變化，尤其是正極活性材料的革新，對以后的回收工藝提出了新的要求。根據(jù)廢鋰離子電池不同的回收需求，物理分選的方式和程度是不同的，往往需要將多種工藝組合起來對報廢鋰離子電池進(jìn)行處理，多種工藝聯(lián)合處理廢鋰離子電池展現(xiàn)了良好的運用前景。

隨著鋰離子動力電池在未來幾年逐漸進(jìn)入批量報廢階段，鑒于廢鋰離子電池的資源性和危害性特征，廢鋰離子電池的低污染、高效率、低成本、增加回收物質(zhì)種類的資源化回收技術(shù)是未來的發(fā)展方向。物理分選技術(shù)在處理廢鋰離子電池中可以清潔、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)鋰、鈷、銅、錳等金屬的預(yù)先富集，在與其它技術(shù)相結(jié)合進(jìn)一步實現(xiàn)有用組分的分離和提純展現(xiàn)了巨大的潛力。