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石墨负极“退而不废”,靠的是什么?
830 2026-11-05

中国粉体网讯  11月1日,黑色冶金行业标准YB/T 6464—2026《锂离子电池石墨类负极材料回收利用技术规范》实施。标准规定安全、绿色低碳、再利用三项原则,要求企业具备资质、建立信息追溯体系(信息保存不少于3年),废气废水固废执行相关污染控制标准。工艺分预处理(放电、拆解、破碎、300—600℃氮气热解、分选、提纯)与再生(干燥、包覆、2500—3000℃石墨化)两段,再生产品参照GB/T 24533,石墨回收率不得低于90%。


从材料构成来看,锂离子电池中石墨材料的质量占比通常维持在12%~21%,其成本占比约为锂电池总成本的15%。以新能源汽车为例,混合动力电动汽车和纯电动汽车的石墨使用量存在显著差异,前者约为每辆10kg,后者则高达每辆50kg。电池级石墨的市场需求增长叠加锂电池回收市场的上升,废旧负极石墨的处理需求也会呈现正相关的增长。


锂电池负极石墨回收方法


当前针对锂电池负极材料的回收处理技术主要可归纳为2种方法:其一是采用整体破碎工艺将电池组件粉碎后与其他材料混合回收的破碎回收法;其二是通过系统性拆解工艺实现各组件分类回收的拆解回收法。


一、破碎回收工艺


(1)破碎浮选

 

破碎浮选法是一种物理分选技术,利用物料的物理性质(如密度、表面特性)差异,通过气泡将破碎后的锂电池中的轻质和重质物料分离。


YU等利用机械研磨-浮选联合工艺分离回收废旧锂电池各组分材料,结果表明,机械力作用可显著改变材料表面特性:一方面促使石墨颗粒暴露出大量新生疏水界面;另一方面有效剥离LiCoO2表面的有机包覆层,使其部分恢复本征亲水性。在最优浮选参数条件下,石墨回收率可达到73.56%。


受限于破碎浮选法自身特性,其很难将表面黏结剂完全充分剥离,因此研究人员利用热辅助的方式去除电解液和黏结剂,强化浮选分离效果。WANG等在 450℃下对破碎锂电池物料加热15min,实现正负极表面有机层的去除,恢复材料的润湿性,最后通过浮选工艺分离出LiCoO2精矿和石墨精矿。热辅助工艺具有操作简便、规模化应用等优势,但是其环境友好性较差。


(2)溶剂萃取


废旧锂电池溶剂萃取法具有分离正负极材料的同时回收电解液的潜能,既具有经济效益,又有环保意义。ROTHERMEL等利用亚临界CO2-乙腈混合溶剂萃取技术,实现了电解液的高效回收与石墨材料的再生。结果表明,该工艺可使电解液回收率达到90%以上,并且再生石墨材料的电化学性能优于商业化石墨产品TIMREX SLP50。该工艺高成本投入制约其工业化推广。


(3)火法冶金


火法冶金通过高温下的化学反应,实现了废旧锂电池正负极材料的分离和提纯。GAO等利用硫酸对废旧锂电池进行除杂处理,然后在1500℃下连续煅烧,再生石墨纯度可达到99.6%。火法冶金法成熟,但是需特别注意环境保护和资源回收的平衡。


二、拆解回收工艺


(1)湿法冶金


拆解回收的锂电池负极石墨组分中富含锂元素,其主要存在于SEI膜中,另有少量金属锂以游离态形式分布于石墨层间空隙。基于这一特性,湿法冶金工艺普遍采用酸性浸出体系,旨在实现石墨基体与金属锂、铜箔集流体的高效分离。


湿法浸出回收石墨的核心优势在于石墨回收率和纯度较高,能通过化学试剂溶解杂质实现高效分离与提纯,可同时回收铜等有价金属,适用范围广,能处理不同类型负极材料。但是,受限于成本和环保压力,需结合绿色试剂研发、工艺优化(如降低试剂用量)等以提升竞争力。


(2)高温煅烧与湿法冶金协同技术


高温煅烧与湿法冶金协同技术首先是利用高温煅烧将废旧锂电池负极材料中的有机物去除,同时将金属杂质转化为氧化物;然后再利用湿法冶金实现铜、锂等可回收金属浸出;最后实现石墨的分离与回收。


该技术通过“高温去杂-湿法精提”的互补机制,实现了石墨高纯度、低能耗、

全资源回收的目标,尤其适用于废旧锂电池负极和电极废料的规模化处理。其核心价值在于平衡了效率、环保与经济性,为锂电池负极材料的闭环回收提供了工业化可行路径。


(3)电化学技术


电化学技术是以废旧石墨负极为工作电极,石墨层与铜箔基体通过氧化还原反应实现高效分离,从而同步获得高纯度铜箔和石墨产物,同时使其他金属杂质溶解于电解液中的技术。电化学技术分离出的石墨纯度有待提升且能耗较高,限制了其工业应用的推广。


小结:


为实现资源循环利用,废旧石墨负极的回收技术已成为关键研究方向。回收技术在工业应用中已取得阶段性成果,但高能耗、高成本等瓶颈仍亟待解决。因此,完善政策支持体系、健全标准化技术规范,以推动回收技术规模化应用与产业化进程,成为兼顾资源高效循环与生态环境保护的双重目标。


参考来源:

1、回军,陈传帅等.废旧锂电池负极石墨回收及再利用研究进展

2、上海有色网、粉体网等


(中国粉体网编辑整理/青黎)


注:图片非商业用途,存在侵权告知删除