為什么要進行鋰電池電解液回收處理？

鋰離子電池是由正極（鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物等）、負極（一般為炭素材料）、電解液、隔膜（聚乙烯、聚丙烯等）、粘結劑（聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯）等組成。目前有關廢舊鋰離子電池處理工藝的研究大多集中在貴重金屬方面，例如鎳、鈷、錳、鋰等金屬材質因其自身的經濟價值被先行深入研究。

而電解液成分復雜，尤其是LiPF6 的存在，使得電解液接觸高溫環境就易發生分解，產生有毒有害物質，因此電解液處置不當會帶來嚴重的安全和環境問題。同時，電解液本身的高附加值也決定需合理回收電解液。

電解液組成及性質是什么？

在各種商用鋰離子電池系統中，液態電解液占主流地位。

液態電解液一般由鋰鹽、有機溶劑、添加劑三部分組成。電解質鹽，主要為六氟磷酸鋰（LiPF6），其暴露在空氣中易反應生成 HF、 LiF、PF5 等對人體有害的物質；有機溶劑主要有碳酸酯類、醚類和羧酸酯類；添加劑作為電解液中非必要成分，主要有碳酸亞乙烯酯、乙酸乙酯等，含量較少。

表1：常見電解液的溶劑、溶質及添加劑種類[1]

真空精餾方法在電解液回收處理的優勢

真空精餾法是在高真空環境下利用電解質和溶劑的沸點不同，經過多次冷凝和汽化后將電解質分離出來。在高真空下，精餾主要是為了防止電解液揮發損失。

案例分享

中海油天津化工研究設計院，周立山等[2]在惰性氣體的氛圍下拆解電池得到電解液，然后經過精餾裝置減壓真空精餾，將電解液分為有機溶劑和六氟磷酸鋰初級產品，再對這兩部分分別進行純化，使之成為高純度的產品，其中純化后的六氟磷酸鋰回收率可達 82.7%。

天津卡特化工技術有限公司，毛國柱等[3]則另辟蹊徑，通過真空精餾的方法，先將有機液體從電解液中分離出來，剩余的電解液通過添加比其多7 倍的硫酸氫鉀，在高溫下持續煅燒 5 h，然后與飽和 KF 溶液反應得到可以作為產品的 LiF。

例如，下圖1所示，為乙醇和水的連續分離過程，上升汽流和下降的液流在塔內直接接觸，易揮發組分將更多的由液相轉移到汽相，而難揮發組分將更多的由汽相轉移到液相。這樣，塔內上升的汽流中乙醇的濃度將越來越高，而下降的液流中水的濃度會越來越高，只要塔足夠高，就能夠使塔頂引出的蒸汽中只有乙醇，加熱釜引出的溶液只有水。

圖1：乙醇-水溶液連續精餾流程

1-精餾塔；2-冷凝器；3-再沸器

同樣，利用真空精餾法來回收鋰電池電解液，主要有以下優勢：

● 得到的產物可以達到比較高的純度，能夠用于電池再生產，節約生產成本；

● 該過程環保清潔，不易造成二次污染；

● 和堿液吸收法、熱裂解法、超聲萃取法等其他工藝相比較，不會破壞主要成分，鋰鹽和有機溶劑的回收率相對較高。

由以上得知，鋰電池電解液成分復雜，混合了鋰鹽和多種有機試劑等，高溫易蒸發，且多為熱敏性物質。需通過真空精餾的方式，使用較高的理論塔板數的精餾塔才能將這些成分依次分離，從而達到分類回收的目的，實現資源重復利用的可能性。

那么，德國Pilodist同心管精餾柱技術可以給鋰電池電解液回收帶來什么便利呢？

德國Pilodist同心管精餾柱技術

同心管精密分餾柱由兩根經精巧設計和精密校準的同心管玻璃柱融合而成，垂直上升的蒸氣與同心環形間隙中的液體薄膜之間高效傳質，使得精密分餾柱具有很高的分離效率。

同心管的外圓內壁和內圓外壁均設計成為精密設計的螺旋刮痕形式，使得在冷凝器冷凝的液體通過刮痕可以順流而下，并形成液膜加大熱交換接觸面積，直至蒸餾釜。

同心管技術具有如下的技術優勢：

• 壓力降小

• 滯留量小

• 適用于熱敏性物質

• 高分離效率

• 極少量蒸餾（低至1mL）

• 極少工作流量

而且，Pilodist精餾線產品主要有精密分餾裝置PD104/PD105、微型精餾系統HRS500C和溶劑回收裝置PD107等，都可以配備同心管精餾柱，特別適合熱敏性物質在真空條件下的柔性蒸餾分離提純。

Pilodist HRS 500C實驗室微型精餾系統

其中，HRS500理論塔板數高達 60 塊理論塔板。

Pilodist PD 104精密分餾系統

Pilodist PD 105精密分餾系統

PD104和PD105的理論塔板數高達90塊理論塔板數。

Pilodist PD 107溶劑回收系統

PD107溶劑回收系統，60塊理論塔板數。

可針對客戶不同處理量、不同實驗需求等選擇不同的儀器配置方案。

參考文獻：

[1] 陸劍偉，潘曜靈，鄭靈霞，等. 鋰離子電池電解液的清潔回收利用及廢氣治理方法[J].浙江化工. 1006-4184（2021）10-0040-06.

[2] 周立山，劉紅光，葉學海，等. 一種回收廢舊鋰離子電池電解液的方法: 201110427431.2[P]. 2012-06-13.

[3] 毛國柱，侯長勝，霍愛群，等. 一種回收處理廢舊鋰電池電解液及電解液廢水的處理方 法 : 201310562566.9 [P].

PILODIST

德國PILODIST是德祥集團資深合作伙伴之一。德國PILODIST公司源自于蒸餾及精餾設備供應商。公司傳承原Fischer公司專業的蒸餾及精餾設備制造技術，為全球石油化工、精細化工行業及科研院所客戶提供高品質的原油蒸餾系統、精餾系統、溶劑回收系統、汽液相平衡和分子蒸餾等。

德祥科技

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