摘要：随着电力储能需求快速增长，大量锂离子电池进入报废周期，其回收利用问题受到各行业的关注。而废锂离子电池中锂、钴等贵金属元素作为战略性资源，具有较高的经济价值，开展高效回收技术研究对于缓解资源压力、降低环境负荷具有重要意义。湿法冶金工艺凭借能耗低、污染小、回收率高等优势，已经成为当前研究热点，尤其生物浸出技术在浸出液优化、预处理工艺创新等方面取得积极进展。火法冶金作为传统回收路径，近年来也出现一系列新兴工艺，推动其在规模化应用中的技术优化。基于此，文章系统梳理湿法、火法冶金在贵金属回收中的作用机制，分析当前工艺在选择性提取、过程控制、资源化路径中的主要问题，探讨未来技术优化方向，以期推动废锂离子电池资源回收体系向智能化方向发展。

　　关键词：废锂离子电池；贵金属元素；回收技术

　　随着新能源汽车快速发展，锂离子电池更新换代加速，产生大量废旧电池对环境资源回收均构成严峻挑战。锂离子电池由高活性电极材料、电解质、隔膜、金属集流体构成，其阴极材料通常含锂镍钴氧化物等贵金属，阳极材料则将石墨或铜箔作为主体，电解质含PF6-、ClO4-等有毒阴离子，容易和水或酸反应，生成HF等有害气体，对于土壤与生态环境造成持久性污染。在此背景下，废旧锂电池中贵金属的高效回收不仅具有缓解资源短缺的战略意义，也是实现“双碳”目标的关键路径。

　　现阶段，湿法冶金和火法冶金是主流回收工艺，其中湿法工艺基于酸浸、碱浸、生物浸出，通过利用还原剂，科学调控浸出体系，实现Li、Co、Ni等金属的选择性溶解提纯。而生物湿法冶金凭借其污染小、选择性高等特征成为研究热点；火法冶金则凭借工艺成熟、处理效率高，在产业化应用中逐步拓展至锂电池回收领域；浮选预处理等技术也在提高浸出效率方面发挥重要作用。基于此，文章围绕上述工艺的反应机制进行分析，重点探讨不同浸出体系、还原剂优化路径、生物浸出影响因素，系统性评估各类回收技术在选择性提取、能耗控制、环境友好性方面的适用性，为推动锂电池回收技术向智能化方向发展提供工程应用参考。

　　1废锂离子电池结构

　　废锂离子电池作为高价值金属的二次资源，其结构较为复杂，包含多种有价金属及有害物质，回收利用具有重要的资源战略意义。在长期使用条件下，金属锂很可能在阳极沉积，遇潮湿空气、水汽时容易发生剧烈氧化反应，存在自燃、爆炸等风险，所以在回收前应优先提取残余锂离子，提高拆解处理过程的安全性。目前，锂离子电池主要由阴极、阳极、隔膜、电解质构成，其中阴极部分通常采用镍、钴、锰等金属的锂氧化物，该材料是重点回收对象；阳极主要由石墨组成，通常将活性物质依靠聚偏二氟乙烯（PVDF）等有机粘结剂附着在集流体表面。钴作为关键战略材料，被广泛应用于高端电子与航空航天领域，但由于其毒性和资源稀缺性，对其进行回收利用不仅可以减少环境污染，还能有效缓解资源供应压力。而电池中铝、铁、锰等金属的质量占比分别为3%~10%、0~25%、5%~12%，具备较高的再利用潜力。此外，电解质中的PF6-、ClO4-、BF4-等离子在遇水或酸性环境易生成HF、PF5等有毒气体，严重威胁生态环境。隔膜多采用聚乙烯或聚丙烯等高分子材料，外壳及辅助构件含一定比例有机化学品，具备再生利用价值，为此科学拆解、分类回收、资源化利用是实现废锂离子电池高效治理的关键技术路径，对于推动资源闭环利用体系具有重要意义。

　　2贵金属元素的回收技术

　　2.1湿法冶金

　　2.1.1浸出液

　　在废锂离子电池的湿法冶金回收过程中，浸出液工艺先通过拆解、分选等要点，获取富含锂、钴、镍、锰等金属的电极材料，并且在酸性条件下进行金属元素的溶解转化。研究表明，硫酸、盐酸都能够有效浸出贵金属，但盐酸因氯离子的强配位能力更有利于破坏金属氧化物晶格，全面提高其浸出效率。以LiNi0.5Co0.2Mn0.5O2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为典型正极材料，其在盐酸体系中的浸出反应机制已经被系统研究，反应中HCl不仅提供H+以促进氧化还原反应，Cl-还参与金属络合，自主生成可溶性氯化物，释放少量Cl2气体，但要配套尾气处理工艺，才能保障生态环境的安全性。

　　进一步研究发现，在80℃、4mol/L盐酸条件下反应1小时，钴和锂的浸出率全部超过99%，且残余Cl-可通过净化回收实现酸再生利用，大幅度提升工艺的可持续性。相较而言，硫酸体系虽然腐蚀性较低，但其浸出效率受到硫酸盐溶解度限制，后续金属分离工艺复杂度较高。为了分级回收金属，可采用Cyanex 272等萃取剂进行多级溶剂萃取，结合高锰酸钾、二甲基乙二肟等沉淀剂，分别实现锰与镍的定向分离。锂则通过Na2CO3沉淀转化为Li2CO3回收，最终残液中CoSO4含量较高，制备高纯度钴盐。

　　2.1.2还原剂

　　在废锂离子电池的湿法冶金回收过程中，引入还原剂可以显著提高锂、钴、镍、锰等有价金属的提取效率。在早期研究中，研究人员采用高温热还原法，如阳极石墨辅助金属还原，虽然能在低浓度硫酸体系中实现70%以上的金属回收率，但其具有高能耗、潜在爆炸风险等问题，严重限制了该方法的可持续发展。近年来，液相还原体系凭借其操作安全、污染小、效率高等特征，受到各行业的广泛关注。以过氧化氢（H2O2）为代表的还原体系，因其较低的氧化还原电位，能有效促进Co3+还原为Co2+，提升金属浸出效率，反应机制如式（1）：

　　在此基础上，研究者进一步探索了其他高效、环保型还原剂，如Na2S2O5/乙二醇（EG）。其中，乙二醇具备较高的还原能力，负载量达到100g/L，在协同硫酸体系中钴、锂的浸出效率分别高达98.67%、97.5%，且SnCl2残留物可作为后续富镍材料再合成的催化剂。葡萄糖、橙皮粉等生物质材料因其绿色、可再生特性，成为新型还原体系的研究热点。葡萄糖在Co3+存在下可氧化生成甲酸、CO2与H2O，实现98%以上钴和接近100%锂的高效回收，而橙皮粉等天然生物质也能提高锰、钴、锂的浸出率。

　　2.1.3浮选预处理

　　当前湿法冶金回收工艺通常在完成电池拆解后优先回收锂元素，随后收集阴极材料。鉴于人工拆解过程存在安全隐患，浮选分离技术已成为提升预处理效率的关键手段。该技术通过材料表面润湿性差异实现分离：亲水性较强的LiCoO2会沉降至浮选槽底部，而疏水性石墨则上浮至泡沫层，从而完成初步富集。但由于电极颗粒表面常被有机粘结剂、电解质残留覆盖，致使表面润湿性趋于一致，严重影响浮选效果，所以工作人员应通过预处理去除有机层，恢复材料表面特性。研究显示，采用Fenton试剂，将有机物进行氧化分解，自主转化为CO2和H2O，有效提升LiCoO2和石墨界面存在较强的差异性。此外，热解和超声清洗结合工艺可以在500℃下彻底裂解高分子材料，并清除热解残炭，增强材料可浮性。研磨浮选作为新兴方法，通过剪切力破坏石墨层状结构，促使其表面疏水性增强，同时磨损LiCoO2颗粒表面有机涂层，恢复润湿性差异，提升浮选分离效率。尽管浮选技术在提升回收纯度方面表现良好，但其受到电池材料复杂性因素影响，混入大量杂质铁等金属，无形中增加了后续分离难度。因此，低温氯化焙烧等辅助预处理手段逐步被引入，进一步提升浮选前处理效率，推动废锂电池回收体系向绿色化、高效化方向发展［1］。

　　2.2生物湿法冶金

　　生物湿法冶金主要依赖细菌或真菌等微生物代谢产物，如Fe3+、H+及有机酸等，利用非接触式络合溶解机制，高效浸出钴、锂等金属。以氧化亚铁硫杆菌为例，其在浸出过程中通过氧化Fe2+生成Fe3+，并且在硫化物氧化中释放硫酸，形成酸性环境，促进金属硫化物的溶解转化。研究表明，钴、锂等金属在生物浸出液中的溶解主要依赖于微生物代谢产物和金属离子之间的融合反应，而非传统湿法冶金中的直接接触机制。在该过程中，金属离子被置换进入溶液，和有机酸进行相互结合，形成可溶性配合物，实现从固相到液相的有效转移，为后续金属分离提纯提供良好基础，如图1所示［2］。

　　目前，影响生物湿法冶金效率因素主要包括pH值、温度、溶解氧浓度、碳源种类、铁硫浓度等，其中氧化亚铁硫杆菌在pH 1.8~2.0、温度20~35℃条件下生长最为活跃，代谢能力最强，有助于促进Fe2+的氧化，大幅度提高硫的氧化速率，增强酸性物质的生成。溶解氧作为关键电子受体，其浓度直接影响Fe2+向Fe3+的转化效率，进而调控浸出液的氧化还原电位。碳源是维持微生物活性和代谢产物稳定输出的重要营养基础，其种类与浓度对有机酸生成具有显著影响。此外，铁、硫等元素的浓度水平也决定微生物的氧化能力，当Fe2+浓度过低时，微生物活性受到限制，严重影响金属氧化效率；但过量添加易引发Fe3+与Co2+共沉淀，降低浸出率，所以合理调控生物浸出体系中的营养平衡，是提高金属回收率的重要环节［3］。

　　2.3火法冶金

　　2.3.1焙烧

　　在废锂离子电池火法冶金回收技术中，焙烧通常借助石墨、铝、氯化钙、氯化铵等材料，科学调整焙烧气氛，促使锂、钴等贵金属从氧八面体晶格中释放，并转化为可溶性氯化物，而杂质铁则利用氧化物形式残留，有利于进行分离提纯。研究表明，石墨在焙烧过程中具有还原、热解耦合等功能，能有效降低反应起始温度，将锂、钴在1000℃以下即可实现高效逸出。在研究中，采用氯化铵作为焙烧剂，不仅能释放HCl气体促进氯化反应，还可通过NH4+的还原作用将Co3+还原为Co2+，大幅度提高金属回收率［4］。此外，硫酸化焙烧亦为有效手段，通过S2-的氧化生成SO42-，促使锂以Li2SO4形式溶出；废锂离子电池在700℃下实现99.5%的锂浸出率。最新进展显示，生物质如澳洲坚果壳在微波辅助下热解生成还原性气体，和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的热解过程形成协同效应，有效降低焙烧温度，将其控制在节能区间［5］。

　　2.3.2阴极再生

　　阴极再生技术利用锂熔盐在高温下形成液相环境，促进前驱体材料的晶体重构，有效恢复阴极材料的电化学性能［6］。研究结果表明，使用共晶锂熔盐体系在常压条件下对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2阴极颗粒实施低温锂化工艺，并配合短时热退火处理，可使再生材料的锂存储容量、循环稳定性和放电速率性能恢复到原始水平，展现出良好的工程应用前景，如图2所示。而LiFePO4阴极直接再生技术在600~800℃条件下无需酸浸处理，可以直接将废旧阴极材料转化为高纯度Li2CO3，并重新用于电池制造，显著降低化学品消耗现象。该方法虽然能够有效避免了复杂浸出、分离步骤，但在产物纯度控制方面仍然存在一定挑战。相比之下，采用有机酸（如抗坏血酸）作为浸出剂，结合草酸共沉淀法回收金属离子，并在800℃下通过热解草酸盐，实现阴极材料的结构重建，成功复制六角层状结构，大幅度提高再生材料的电化学性能［7］。

　　3结束语

　　在锂离子电池需求持续增长的背景下，科学回收其中的锂、钴等贵金属元素已经成为资源循环利用的重要方向。在未来研究中，应聚焦于高效浸出体系的优化、还原剂和浸出液的协同调控，并探索环境友好的生物浸出菌群及其代谢调控机制，进一步提升浸出工艺的可行性。

参考文献

　　［1］张帅，朱梦飞，韦俊东，等.新型加水清料集成技术在烧结圆筒混料中的应用［J］.中国冶金，2021，31（10）：57-61.

　　［2］黄旭，戴庆伟.回收废锂离子电池中贵金属元素的研究进展［J］.化学通报，2023，86（1）：34-41.

　　［3］吴日亮，何文成.废电路板综合回收铜与稀贵金属的研究进展［J］.山西冶金，2024，47（9）：79-81.

　　［4］刘美君，麦祺兴.盐酸和硝酸溶液体系对ICP-MS分析6种贵金属元素的影响［J］.山西化工，2024，44（10）：79-81.

　　［5］张慧娟.废Pd/Al2O3催化剂中贵金属钯的回收方法研究［D］.兰州：兰州理工大学，2024.

　　［6］杨关奖，杨阳，王雪，等.铜阳极泥中有价元素湿法回收工艺研究进展［J］.中国有色金属学报，2024，34（7）：2399-2418.

　　［7］史秉寅，钱国余，王志，等.废汽车尾气催化剂特性解析及其对稀贵金属回收的影响［J］.矿冶，2024，33（2）：240-250+263.