随着电动汽车的推广和便携式电子产品的更新换代，锂离子电池的废弃量快 速增加。电池回收和再利用有利于降低对原材料的依赖、控制电池成本、防止废 弃电池污染环境。如何分离材料、回收有价元素，并做好污染防控，是废旧锂电 池回收过程中面临的紧迫问题。针对这些问题，本文开发了电极材料的剥离方法、 正极材料中有价元素的浸出方法和负极材料的高价值利用方法，具体内容包括：

       （1）研究了磷酸铁锂和金属氧化物电极材料的选择性无损剥离方法，阐明 了剥离机理。针对两种电极材料化学性质和粘结特性，开发了磷酸铁锂剥离剂和 金属氧化物剥离剂。在磷酸铁锂剥离剂溶液中磷酸铁锂的剥离效率接近 100%， 而金属氧化物的剥离效率为 0.08%。剥离后磷酸铁锂极片的正极材料破碎，金属 氧化物极片和磷酸铁锂极片的铝箔形态、尺寸几乎无变化，通过筛分后可将和磷 酸铁锂和铝箔、金属氧化物分离。机理研究表明，当磷酸铁锂正极浸入磷酸铁锂 剥离剂溶液中时，磷酸铁锂剥离剂会破坏磷酸铁锂的晶体结构，导致磷酸铁锂颗 粒的脱落，从而溶液更容易扩散进入磷酸铁锂颗粒脱落后留下的孔隙，与铝箔反 应，此外，由于磷酸铁锂颗粒的脱落，正极结构的机械强度减弱，正极结构易被 破坏，导致磷酸铁锂正极材料的剥离。但是，由于金属氧化物颗粒不能与磷酸铁 锂剥离剂溶液反应，正极结构不会被破坏，阻止了磷酸铁锂剥离剂溶液向铝箔的 扩散，避免了正极材料的剥离。使用金属氧化物剥离剂溶液可以将金属氧化物电 极材料剥离，通过筛分将电极材料与铜铝箔分离，Cu、Al 的平均回收率分别为 96.2%和 95.1%。负极的剥落机理是 Na-CMC 粘结剂、Na-CMC 粘结剂与铜箔的 界面被破坏，正极的剥落机理是铝箔与 PVDF 之间的氢键、PVDF 与铝箔界面的 破坏，剥离过程中少量铜沉积于铝箔表面，抑制了 H/Co/Ni/Mn/Cu 离子对铝箔的 腐蚀和 Al2O3 的生成，提高了回收铝箔的品质。

       （2）研究了从磷酸铁锂正极材料中浸出并回收锂和磷的方法，对比了同时 浸出锂和磷、先浸出锂再浸出磷两种回收策略，并分析了磷的浸出机理。结果表 明，先浸出锂再浸出磷的策略对于锂和磷的浸出率和浸出选择性更高。浸出锂时 最佳浸出时间为 65 min.，浸出率为 97.5%。浸出磷时，最佳浸出时间为 5 h，浸 出率接近 100%。机理分析表明，脱锂的磷酸铁锂向 NaFeY2 转化是磷溶解的主 要原因，且脱锂的磷酸铁锂向 NaFeY2 的转化过程是逐步进行的。先形成的 NaFeY2 层厚度随时间增长，由于 NaFeY2 结构疏松，溶液容易扩散通过 NaFeY2 层与内部的脱锂磷酸铁锂反应形成新的 NaFeY2 层。NaFeY2 层易脱落，使下层暴 露于溶液中。随着该过程持续进行，脱锂磷酸铁锂逐渐转变为更小的 NaFeY2 颗 粒。

      （3）研究了使用传统的还原浸出法和固化浸出法回收金属氧化物电池电极 材料中金属的方法，并分析了浸出过程。使用 30 wt.%的金属氧化物浸出剂，以 双氧水为还原剂可浸出正极材料中的 Li、Co、Ni、Mn，平均浸出率分别为 98%、 99%、99%和 98%。进一步将金属氧化物浸出剂溶液浓度升高到 98wt.%，并将浸 出过程分解为盐化和溶解两步进行，能够不使用外加还原剂浸出超过 98%的 Li、 Co、Ni 和 85%的 Mn，未浸出的 Mn 以 MnO2的形式富集于残渣中，反应过程中 水以结晶水和水蒸气的形式从反应体系中去除，保证了反应物的浓度和反应活性 不降低，因此金属回收率高。

       （4）研究了使用负极材料制备石墨烯同时回收锂的方法，阐明了石墨转化 为石墨烯的机制。结果表明，对电池进行再充电后，可制备得到锂-石墨插层化合 物，其与水反应后可得到 1－4 层的石墨烯。拉曼光谱结果显示所得石墨烯的 ID/IG=0.33，所得石墨烯的 C/O=8.8－13.2，烯缺陷程度低于氧化还原法制备的石 墨烯。在此过程中负极中锂溶于水，可将其以电池级碳酸锂的形式回收。石墨的 剥离机制为膨胀/微爆炸机制。