因应电动车的蓬勃发展及锂电池正极材料大量需求,工研院投入将废弃锂离子电池的黑粉,提纯成为价值较高,且纯度较高的硫酸钴、氧化钴,可作为锂电池正极材料的化工原料。为期 3 年,已获得关键技术,并达到试量产的阶段。
据环保署统计,2021 年二次锂电池(含电动汽机车、3C 产品及含二次锂电池商品)之回收量约 600 公吨,占整体废干电池回收量约 15%。尤其聚焦电动车累积总量已 8,000 辆、电动机车累积销售量 50 万辆的百万电动车市场,环保署预估,2025 年台湾二次锂电池废弃量年约 1,100 公吨,目前台湾 6 家处理厂处理量能每年约 2,200 公吨,届时足以处理排出之二次锂电池。
工研院计划导入精密物理分选、萃取及纯化,进阶分离提纯关键原物料,带来的成果是国内业者有能力处理国内每年所产生约 1,100 公吨废弃二次锂电池,消除废弃锂电池的环境危害,亦提早布局建立国内完善专属回收供应链体系,提升产业用料供需安全考量。
工研院表示,利用本技术处理模式可将较低价之正负极混合粉体,分离纯化转生成高附加价值之氧化钴,每公斤价格增加 10 倍以上。而其他金属亦可透过制程萃取出并再使用,更符合整体经济效益及全循环之概念。相关成果除持续协助国内合法处理业者进行技术提升外,目前更与责任业者签署合作备忘录,积极推动成果落地中。
锂电池中含钴、锂、镍、锰、铜等有价金属资源,台湾产业所需皆仰赖进口,随着电动运输工具大力推动下,带动锂电池市场蓬勃发展,原材料需求量持续升高。根据 3C 产品及电动运具的销售额推估使用汰换周期来计算,预估 2025 年,台湾每年将有 1,100 公吨之废弃锂离子电池排出。
工研院针对废二次锂电池提取高纯正极前驱物原料之验证,将正负极混合粉经物理精密分选,可有效去除铁、铜、铝等杂质,再透过调控酸碱分离纯化程序,搭配不同还原剂比较钴离子之浸出比例,将正负极混合粉体以低耗能与高效率的模式,分离纯化提取正极前驱物原料,整体钴的提取率可达 98%以上。利用高温热还原制程将再生料再制成氧化钴,含钴量可大于 71.06wt%,杂质小于 300ppm,符合工业级原物料规格,最后进行再生料产品的试量产试制及验证。
环保署回收基管会执秘王岳斌指出,过去国内技术在破碎处理后,含有价金属的正负极混合粉大部分输出国外,剩下“黑粉”仅能作为炼钢辅料,每公斤只有 80 元的价值,但在此技术的精密分选与纯化处理后,其中的氧化钴目前行情每公斤 800 元是原来 10 倍,且随着国际需求与产地政经状况,预估价格会波动的越来越快、越来越高。氧化钴可作为电池与化工原物料,重新回到锂电池的制造,不仅将有价资源留在台湾,更是高值循环再利用,落实循环经济远景。
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