镍钴锰锂电池焚烧与热解工艺对比：化学成分影响及有害副产物生成分析

【摘要】多种工业锂离子电池回收工艺采用热处理技术，在氧化或惰性气氛，甚至真空环境下分离电池组件并去除有机材料。然而，目前鲜有研究对比上述预处理工艺对废料及生产废料锂离子电池微观结构和成分的具体影响，关于加工过程中产生的副产物性质信息亦十分匮乏。

本研究旨在探讨焚烧和动态热解对废旧锂离子电池（LiBs）成分的影响，以及焚烧、动态热解和真空热解对生产废料锂离子电池成分的作用。实验对象为正极活性材料基于 Li(NixMnyCoz)Oj 的镍钴锰（NMC）锂离子电池，在 400 至 700 摄氏度区间内分别处理 15 至 180 分钟。

研究发现，热解过程中碳与一氧化碳气体的反应促使金属氧化物发生还原，主要产物包括钴、氧化钴、镍、氧化镍、锰、四氧化三锰、氧化锂和碳酸锂。相比之下，焚烧过程在去除有机材料方面效率更高，且锂金属氧化物同时经历了碳热还原和氧化。

具体数据表明，700 摄氏度下热解 180 分钟后，碳含量由初始的 41% 降至 15%；而在同等条件下进行焚烧，石墨和有机物几乎被完全清除，残留量仅约 0.6%。此外，研究对有机组分分解产生的气体和有机油状副产物进行了检测，确认其中含有氟化氢（HF），油状物中也检出氟元素。

粘合剂的分解有助于通过机械处理将活性材料与集流体分离。研究指出，最佳的正极材料回收方案是在 550 至 650 摄氏度下焚烧至少 90 分钟，随后进行球磨，此时活性材料回收率可达 95% 以上。

最后，研究还评估了涉及 NMC 锂电池的高温事故中氟化氢的生成情况。通过对四种含卤素商业制冷剂的调查发现，若存在此类液体，模拟火灾过程中释放的氟化氢量将显著增加。

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