蓋世汽車訊 據外媒報道，美國一研究團隊發現一種經濟節能的方法，通過電沉積，從廢棄的鋰離子電池中選擇性回收鈷和鎳。

（圖片來源：AZOM）

隨著全球對鋰離子電池的需求增長，廢棄電池造成的環境污染也日益加重。同時，這些電池中含有很多稀缺金屬。通過溶劑萃取、沉淀、吸附、插層和滲析，可以對NMC中的鈷和鎳進行化學分離。通常情況下，溶劑萃取和沉淀具有較高的選擇性，但是熱能消耗和化學成本較高，或者會產生廢棄物，并且可能面臨復雜的溶液/形態化學挑戰。

在各類電化學驅動技術中，電沉積是一種簡單而通用的方法，可以控制成核和生長、形態和沉積物成分。對于從多組分混合物中選擇性分離和回收金屬，組分金屬的還原電位，是電沉積中最關鍵的參數。

在電沉積中，采用低溫水基替代品，是更為理想、環保和節能的方法。然而，由于鎳和鈷之間的標準還原電位接近相等(相對于標準氫電極，E° Ni = ?0.250 V和E° Co = ?0.277 V），水電解質對電沉積過程存在固有的選擇性限制，導致非定向共沉積的選擇性低，因此需要通過額外的化學步驟來進行鎳-鈷分離，例如在通過電積回收之前進行溶劑萃取。

這種電沉積過程包括哪些步驟？

正極回收包括一系列預處理步驟，包括放電、拆卸、分離和從集電器中收集活性物質。將電池在10% (w/v) NaCl溶液中浸泡24小時，直至完全放電。接著用鋸子和尖嘴鉗手動拆卸，將其切成小塊。然后，以N-甲基吡咯烷（NMP）為溶劑溶解集電器中的PVDF粘結劑，將正極活性物質從鋁集電器中分離出來。將小塊正極廢料在100°C的NMP中進行24小時處理。在10 M HCl溶液中浸出所得到的活性物質混合物，生成由鈷、鎳、錳組成的深綠色富鎳濃氯混合物，其摩爾比分別為1.00：6.52：0.50。

其它工藝包括兩個電沉積/剝離循環，分別用于回收鈷和鎳。在 -0.725 V vs Ag/AgCl下，在聚（二烯丙基二甲基氯化銨）/銅（PDADMA/Cu）電極上進行首次電沉積，以選擇性提高電沉積物中鈷的濃度，然后進行負極剝離，將回收的固相鈷/鎳轉化為液相，進行二次濃縮和加工。

與浸出后立即獲得的濃綠色富鎳電解液相比，加入10 M LiCl后，由于形成主要的CoCl42?絡合物，剝離電解質呈現出明顯的藍色。在?0.725 V vs Ag/AgCl條件下，從高濃度電解液中進行二次PDADMA驅動電沉積，可使鈷純度顯著提高至96.4±3.1%。

第一次選擇性鈷沉積后，剩余液相中Ni/Co比值增大。在?0.6 V vs Ag/AgCl下進行第二次電沉積循環，經過30 min電沉積后，沉積物上的鎳純度為94.1±2.3%。

研究結果

研究人員結合電化學方法，即電解質控制和界面設計，以調節鈷和鎳回收的分子選擇性。通過形態控制，有效區分水溶液中具有相似電化學性質的金屬。

通過調節正聚電解質層中 CoCl4 2?的遷移率，對電極與帶正電荷的聚電解質PDADMA進行界面裁剪，以實現額外的選擇性控制。研究結果表明，金屬選擇性取決于電極電位和聚合物負載量。在負極剝離過程中，PDADMA的質量損失僅占不到整個PDADMA負載量的0.3%。這表明在既定電解液條件下，聚電解質在電沉積/剝離過程中具有穩定性。結果表明，鈷和鎳的最終產品純度分別為96.4±3.1%和94.1±2.3%。

這些研究結果提供了一種創新方法，可用于回收電沉積鈷和鎳，而無需大量的熱能輸入，也無需在環保型水介質中使用有害化學物質。

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