เทคโนโลยีการกู้คืนโลหะมีค่าจากแบตเตอรีลิเธียมไอออนของเสียที่มีประสิทธิภาพสูงได้กลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยทั้งในและต่างประเทศ บทความนี้มุ่งไปที่สถานะปัจจุบันของเทคโนโลยีการกู้คืนโลหะมีค่าในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้ง บทความนี้จะแนะนำวิธีการวิจัยการปรับสภาพและการบำบัดวัสดุแคโทดในกระบวนการกู้คืนโลหะมีค่า และประเมินข้อดีและข้อเสียของวิธีการต่างๆ โดยสังเขป ในระหว่างกระบวนการรีไซเคิล ได้มีการวิเคราะห์ปัญหาทางเทคนิค เช่น การแยกสารที่ซับซ้อนและกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ และการสร้างมลพิษทุติยภูมิอย่างง่าย และได้ชี้ให้เห็นว่าการติดตามผลควรทำการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับกระบวนการรีไซเคิล สำรวจ กระบวนการรีไซเคิลที่มีประสิทธิภาพ และทำให้แนวโน้มการพัฒนาของผลการวิจัยในห้องปฏิบัติการเป็นอุตสาหกรรม

ในชีวิตสมัยใหม่ ผู้คนใช้อุปกรณ์สื่อสารอิเล็กทรอนิกส์ เช่น กล้อง กล้องวิดีโอ คอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ก และโทรศัพท์มือถือที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอย่างแพร่หลาย ส่วนประกอบหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ได้แก่ อิเล็กโทรดบวก อิเล็กโทรดลบ ตัวคั่น และอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรดบวกของแบตเตอรี่ประกอบด้วยวัสดุแอกทีฟของอิเล็กโทรดบวก สารนำไฟฟ้า สารยึดเกาะ ตัวสะสมกระแสไฟ และอื่นๆ ในทำนองเดียวกัน อิเล็กโทรดลบของแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุแอคทีฟอิเล็กโทรดลบและตัวสะสมกระแส ตัวคั่นที่ประกอบด้วยพอลิเมอร์จะแยกอิเล็กโทรดขั้วบวกและขั้วลบ อิเล็กโทรไลต์มีบทบาทในการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีอายุการใช้งานที่จำกัด โดยทั่วไปแล้วจะน้อยกว่า 3 ปี แบตเตอรี่เสียมีสารพิษที่สามารถทำลายคุณภาพดินและน้ำในสิ่งแวดล้อม การแพร่กระจายของสารพิษเหล่านี้เข้าสู่ร่างกายของมนุษย์และสัตว์จะเป็นอันตรายต่อสุขภาพ การรีไซเคิลโลหะมีค่าไม่เพียงแต่สามารถปรับปรุงสิ่งแวดล้อมได้เท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจขององค์กรด้วย ดังนั้น เทคโนโลยีการกู้คืนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและการนำโลหะมีค่ามาใช้ซ้ำในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้งจึงกลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เอกสารนี้ทบทวนวิธีการทางเทคโนโลยีในประเทศและต่างประเทศสำหรับการกู้คืนและบำบัดโลหะมีค่าในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้งเป็นส่วนใหญ่ และมองไปข้างหน้าถึงแนวโน้มการพัฒนาของเทคโนโลยีการกู้คืน การรีไซเคิลโลหะมีค่าไม่เพียงแต่สามารถปรับปรุงสิ่งแวดล้อมได้เท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจขององค์กรด้วย ดังนั้น เทคโนโลยีการกู้คืนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและการนำโลหะมีค่ามาใช้ซ้ำในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้งจึงกลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เอกสารนี้ทบทวนวิธีการทางเทคโนโลยีในประเทศและต่างประเทศสำหรับการกู้คืนและบำบัดโลหะมีค่าในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้งเป็นส่วนใหญ่ และมองไปข้างหน้าถึงแนวโน้มการพัฒนาของเทคโนโลยีการกู้คืน การรีไซเคิลโลหะมีค่าไม่เพียงแต่สามารถปรับปรุงสิ่งแวดล้อมได้เท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจขององค์กรด้วย ดังนั้น เทคโนโลยีการกู้คืนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและการนำโลหะมีค่ามาใช้ซ้ำในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้งจึงกลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เอกสารนี้ทบทวนวิธีการทางเทคโนโลยีในประเทศและต่างประเทศสำหรับการกู้คืนและบำบัดโลหะมีค่าในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้งเป็นส่วนใหญ่ และมองไปข้างหน้าถึงแนวโน้มการพัฒนาของเทคโนโลยีการกู้คืน

1 สถานะปัจจุบันของการวิจัยทั้งในและต่างประเทศ

ในการใช้งานจริง เทคโนโลยีหลักของการรีไซเคิลแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลัก ๆ คือ วิธีไฟและวิธีเปียก วิธีการดับเพลิงเป็นกระบวนการสกัดหรือแยกโลหะที่ไม่ใช่เหล็กออกจากวัสดุแบตเตอรี่โดยให้ความร้อนภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูงตามคุณสมบัติทางกายภาพ (จุดหลอมเหลว ความดันไอ) ของโลหะชนิดต่างๆ วิธีเปียกเป็นกระบวนการรีไซเคิลที่ใช้กรด ด่าง หรือตัวทำละลายอินทรีย์เพื่อชะล้างส่วนประกอบโลหะที่มีค่าในแบตเตอรี่ กระบวนการรีไซเคิลสามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นสามขั้นตอน: การปรับสภาพแบตเตอรี่ การแยกวัสดุที่ใช้งานและตัวสะสมกระแสไฟ และการนำโลหะมีค่ากลับมาใช้ใหม่

1.1 การปรับสภาพแบตเตอรีลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้ง

1.1.1 การปลดปล่อย

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วมีพลังงานเหลืออยู่ เพื่อป้องกันอุบัติเหตุระหว่างการถอดแบตเตอรี่ ให้คายประจุแบตเตอรี่ก่อนถอดออก วิธีการรักษารวมถึงวิธีการปล่อยทางกายภาพและวิธีการปล่อยสารเคมี วิธีการคายประจุทางกายภาพส่วนใหญ่ใช้การบังคับที่อุณหภูมิต่ำ วิธีนี้เหมาะสำหรับการผลิตเป็นชุดเล็กๆ บริษัท Umicore และ Toxco ในสหรัฐอเมริกาใช้ไนโตรเจนเหลวในการปรับสภาพแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิต่ำ และทำลายแบตเตอรี่อย่างปลอดภัยที่อุณหภูมิ -198 ℃ แต่วิธีนี้ ความต้องการอุปกรณ์ที่สูงขึ้น วิธีการปล่อยสารเคมีส่วนใหญ่ใช้อิเล็กโทรไลซิสเพื่อคายประจุ อิเล็กโทรไลต์ส่วนใหญ่เป็นสารละลายโซเดียมคลอไรด์ เมื่อใส่แบตเตอรี่ลงในสารละลาย อิเล็กโทรดบวกและลบของแบตเตอรี่จะลัดวงจรในของเหลวนำไฟฟ้า และการคายประจุของแบตเตอรี่จนหมดจะรับรู้ได้อย่างรวดเร็ว ข้อเสียของวิธีนี้คือความเข้มข้นและอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์จะส่งผลต่ออัตราการคายประจุของแบตเตอรี่ และโลหะมีค่าในแบตเตอรี่จะละลายเป็นของเหลวนำไฟฟ้า ซึ่งช่วยลดอัตราการคืนตัวของโลหะ ในเวลาเดียวกัน สารละลายที่มีโลหะมีค่ามีมลภาวะที่รุนแรง ซึ่งทำให้การกู้คืนยากและเพิ่มค่าใช้จ่ายในการกู้คืน

1.1.2 การรื้อและการทำลาย

ในห้องปฏิบัติการ เนื่องจากแบตเตอรี่มีขนาดเล็ก แบตเตอรี่ส่วนใหญ่จึงถูกถอดประกอบและแยกออกด้วยตนเอง ในการผลิตจริง มักใช้วิธีการบดแบบกลไกเพื่อถอดแยกชิ้นส่วนแบตเตอรี่ วิธีหนึ่งของการบดเชิงกลคือวิธีเปียก วิธีเปียกใช้สารละลายกรดและด่างต่างๆ เป็นสื่อกลางในการถ่ายโอนไอออนของโลหะจากวัสดุอิเล็กโทรดไปยังสารละลายชะล้าง จากนั้นผ่านการแลกเปลี่ยนไอออน การตกตะกอน การดูดซับ และวิธีการอื่นๆ ไอออนของโลหะจะถูกลบออกจากสารละลายในรูปแบบ ของเกลือ ออกไซด์ ฯลฯ ที่สกัดได้ เทคโนโลยีการรีไซเคิลแบบเปียกนั้นค่อนข้างซับซ้อน แต่อัตราการนำโลหะมีค่ากลับคืนมาค่อนข้างสูง ปัจจุบันเป็นเทคโนโลยีหลักในการแปรรูปแบตเตอรี่นิกเกิลไฮโดรเจนและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้ง หวัง หยวนซุนและคนอื่นๆ พยายามแช่แบตเตอรี่ในน้ำอัลคาไลน์เจือจางแล้วทุบให้แตก วิธีนี้สามารถลดการผลิต HF ได้ แต่ไม่สามารถกู้คืนอิเล็กโทรไลต์ที่ประกอบด้วยฟลูออรีนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งทำให้เกิดมลพิษทุติยภูมิได้ง่าย อีกวิธีหนึ่งคือวิธีแห้ง วิธีการแบบแห้งส่วนใหญ่ประกอบด้วยวิธีการคัดแยกทางกลและวิธีไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูง (หรือวิธีทางโลหะวิทยาที่อุณหภูมิสูง) วิธีการคัดแยกทางกลมีข้อดีของกระบวนการกู้คืนสั้นและเกี่ยวข้องกับการดึงกลับอย่างเข้มงวด ซึ่งเป็นขั้นตอนเบื้องต้นของการแยกและนำโลหะกลับคืนมา เขาและคณะ เปรียบเทียบผลกระทบที่แตกต่างกันของวิธีการคัดแยกแบบเปียกและแบบกลไกต่อการรีไซเคิลและการกำจัดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของเสีย ผลการวิจัยพบว่าวิธีการคัดแยกแบบกลไกจะไม่ทำให้ส่วนประกอบของแบตเตอรี่แตกเป็นอนุภาคละเอียดที่ผสมเข้าด้วยกันได้ง่าย และอัตราการฟื้นตัวก็สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม วิธีการคัดแยกทางกลไม่สามารถแยกส่วนประกอบในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้งได้อย่างสมบูรณ์ ผู้คนพยายามใช้วิธีไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูง กล่าวคือ ให้ความร้อนแบตเตอรี่ในเตาเผาเพื่อขจัดตัวทำละลายอินทรีย์ในแบตเตอรี่ Joo และคณะ ใช้การคัดแยกทางกลและไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงเพื่อกู้คืนโคบอลต์และลิเธียมจากแบตเตอรี่ลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ที่ใช้แล้วทิ้งอย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงสามารถทำให้เกิดผลเสียได้เช่นกัน เช่น การเกิดก๊าซอันตรายในระหว่างการบำบัดที่อุณหภูมิสูง ซึ่งอาจทำให้เกิดการระเบิดได้ง่าย ดังนั้นจึงต้องติดตั้งอุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์ วิธีการคัดแยกทางกลไม่สามารถแยกส่วนประกอบในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้งได้อย่างสมบูรณ์ ผู้คนพยายามใช้วิธีไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูง กล่าวคือ ให้ความร้อนแบตเตอรี่ในเตาเผาเพื่อขจัดตัวทำละลายอินทรีย์ในแบตเตอรี่ Joo และคณะ ใช้การคัดแยกทางกลและไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงเพื่อกู้คืนโคบอลต์และลิเธียมจากแบตเตอรี่ลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ที่ใช้แล้วทิ้งอย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงสามารถทำให้เกิดผลเสียได้เช่นกัน เช่น การเกิดก๊าซอันตรายในระหว่างการบำบัดที่อุณหภูมิสูง ซึ่งอาจทำให้เกิดการระเบิดได้ง่าย ดังนั้นจึงต้องติดตั้งอุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์ วิธีการคัดแยกทางกลไม่สามารถแยกส่วนประกอบในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทิ้งได้อย่างสมบูรณ์ ผู้คนพยายามใช้วิธีไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูง กล่าวคือ ให้ความร้อนแบตเตอรี่ในเตาเผาเพื่อขจัดตัวทำละลายอินทรีย์ในแบตเตอรี่ Joo และคณะ ใช้การคัดแยกทางกลและไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงเพื่อกู้คืนโคบอลต์และลิเธียมจากแบตเตอรี่ลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ที่ใช้แล้วทิ้งอย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงสามารถทำให้เกิดผลเสียได้เช่นกัน เช่น การเกิดก๊าซอันตรายในระหว่างการบำบัดที่อุณหภูมิสูง ซึ่งอาจทำให้เกิดการระเบิดได้ง่าย ดังนั้นจึงต้องติดตั้งอุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์ ใช้การคัดแยกทางกลและไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงเพื่อกู้คืนโคบอลต์และลิเธียมจากแบตเตอรี่ลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ที่ใช้แล้วทิ้งอย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงสามารถทำให้เกิดผลเสียได้เช่นกัน เช่น การเกิดก๊าซอันตรายในระหว่างการบำบัดที่อุณหภูมิสูง ซึ่งอาจทำให้เกิดการระเบิดได้ง่าย ดังนั้นจึงต้องติดตั้งอุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์ ใช้การคัดแยกทางกลและไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงเพื่อกู้คืนโคบอลต์และลิเธียมจากแบตเตอรี่ลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ที่ใช้แล้วทิ้งอย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงสามารถทำให้เกิดผลเสียได้เช่นกัน เช่น การเกิดก๊าซอันตรายในระหว่างการบำบัดที่อุณหภูมิสูง ซึ่งอาจทำให้เกิดการระเบิดได้ง่าย ดังนั้นจึงต้องติดตั้งอุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์

1.2 การแยกสารออกฤทธิ์และตัวสะสมกระแส

การแยกวัสดุแอคทีฟอิเล็กโทรดบวกและตัวเก็บกระแสอลูมิเนียมฟอยล์ส่วนใหญ่ใช้สองวิธี ได้แก่ การละลายตัวทำละลายอินทรีย์และการสลายตัวที่อุณหภูมิสูง การปล่อยตัวทำละลายอินทรีย์ส่วนใหญ่ใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ในการละลาย PVDF เพื่อให้วัสดุแอกทีฟขั้วบวกและตัวสะสมกระแสแยกออกจากกัน Zeng ใช้ NMP เพื่อแช่แผ่นอิเล็กโทรด ซึ่งแยกวัสดุที่ใช้งานและตัวเก็บกระแสไฟในแบตเตอรี่อย่างมีประสิทธิภาพ Yang ถูกละลายด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ DMAC (N,N-dimethylacetamide) และสารยึดเกาะบนตัวสะสมปัจจุบันถูกกำจัดออกภายใต้สภาวะกระบวนการที่ 100 °C และ 60 นาที อย่างไรก็ตาม อนุภาคของวัสดุออกฤทธิ์ที่ได้จากวิธีการกู้คืนนี้มีขนาดเล็ก การแยกของแข็งและของเหลวทำได้ยาก และการลงทุนในการกู้คืนมีขนาดใหญ่ ไพโรไลซิสคือการแยกวัสดุแคโทดและสารออกฤทธิ์ที่อุณหภูมิสูง แดเนียล และคณะ นำวิธีการรักษาที่อุณหภูมิสูงมาใช้ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศเพื่อย่อยสลายอินทรียวัตถุในตัวสะสมกระแสไฟที่อุณหภูมิสูง (600 °C) และส่วนหนึ่งของวัสดุอิเล็กโทรดบวกบนวัสดุอิเล็กโทรดบวกถูกแยกออกจากอลูมิเนียมฟอยล์ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 650 °C อลูมิเนียมฟอยล์และขั้วไฟฟ้าบวก วัสดุทั้งหมดเป็นเม็ดละเอียดและผสมเข้าด้วยกัน วิธีนี้ทำให้เกิดก๊าซที่เป็นอันตรายและทำให้อากาศเสีย และส่วนของวัสดุอิเล็กโทรดบวกบนวัสดุอิเล็กโทรดบวกถูกแยกออกจากอะลูมิเนียมฟอยล์ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 650 °C อลูมิเนียมฟอยล์และขั้วไฟฟ้าบวก วัสดุทั้งหมดเป็นเม็ดละเอียดและผสมเข้าด้วยกัน วิธีนี้ทำให้เกิดก๊าซที่เป็นอันตรายและทำให้อากาศเสีย และส่วนของวัสดุอิเล็กโทรดบวกบนวัสดุอิเล็กโทรดบวกถูกแยกออกจากอะลูมิเนียมฟอยล์ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 650 °C อลูมิเนียมฟอยล์และขั้วไฟฟ้าบวก วัสดุทั้งหมดเป็นเม็ดละเอียดและผสมเข้าด้วยกัน วิธีนี้ทำให้เกิดก๊าซที่เป็นอันตรายและทำให้อากาศเสีย