郑浩然

中南大学冶金与环境学院

摘要(Abstract)：

随着新能源产业的迅猛发展，锂离子电池在便携式电子设备、新能源汽车、储能系统等领域的应用日益广泛，随之而来的是废旧锂离子电池的大量涌现，带来了严重的资源浪费与环境安全隐患。正极材料作为锂离子电池的核心组成部分，富含锂、钴、镍、锰等多种有价金属，这些金属不仅具有极高的经济价值，更是关系到国家新能源战略安全的关键战略资源。当前，废旧锂离子电池正极材料的回收技术主要分为火法冶金、湿法冶金、生物冶金及联合工艺等，其中硫酸化焙烧工艺因具备反应效率高、成本低廉、环境友好、有价金属回收率高且适应性强等突出优势，成为近年来废旧锂离子电池资源回收领域的研究热点。本研究以废旧锂离子电池正极材料（主要为三元材料LiNiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂和钴酸锂LiCoO₂）为研究对象，系统开展硫酸化焙烧回收有价金属的实验研究，通过优化焙烧温度、焙烧时间、硫酸用量、添加剂种类及用量等关键工艺参数，探究各参数对锂、钴、镍等有价金属转化率及后续浸出率的影响规律；同时优化焙烧产物的浸出条件，对比不同浸出剂的浸出效果，分析液固比、浸出温度、浸出时间等因素对浸出效率的综合作用，并对浸出液中的杂质元素去除方法进行探索，最终实现有价金属的高效回收与提纯。通过X射线荧光光谱（XRF）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜-能谱分析（SEM-EDS）等多种分析测试手段，对正极材料成分、焙烧产物物相、微观形貌及元素分布进行系统表征，明确硫酸化焙烧的反应机理及添加剂的作用机制。研究结果表明，在优化的工艺条件下，锂、钴、镍的回收率分别可达98%以上、97%以上、96%以上，浸出液中杂质元素（Al、Fe、Cu）含量可降至符合后续提纯要求的标准。本研究验证了硫酸化焙烧工艺回收废旧锂离子电池正极材料中有价金属的可行性与优越性，总结了关键工艺参数对回收效率的影响规律，提出了兼顾效率与成本的工艺优化方案，为废旧锂离子电池正极材料的工业化回收提供了理论依据与技术支撑，对缓解资源短缺、减少环境污染、推动新能源产业绿色可持续发展具有重要的理论意义与实际应用价值。

关键词(KeyWords)：

废旧锂离子电池；正极材料；硫酸化焙烧；有价金属；回收工艺；工艺优化；浸出效率；杂质去除

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