目前，我國移動電話市場是世界上最活躍的通訊市場，其發(fā)展速度迅猛，年平均增長率超過100%。2002年我國的手機用戶1.5億左右，而到2005年，國內(nèi)的手機用戶達到3億，成為世界第一手機使用大國。2000年，世界鋰電池的產(chǎn)量達5億只，我國產(chǎn)量約1億只，由于電池經(jīng)過幾百次充放電后，電極膨脹，容量下降以至報廢，因此鋰電池的使用壽命一般為2～3年。并且，在電池生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一定量的廢料，如目前天津力神電池股份有限公司產(chǎn)生的廢料量約200t/a。因此，開展對廢舊二次鋰離子電池及其產(chǎn)生廢料的回收資源化，會產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。
1手機鋰離子電池的市場現(xiàn)狀
1998年至2002年，我國累計生產(chǎn)手機2.7億部，2003年手機產(chǎn)量約1.56億部，按每部手機配1.8塊電池計算，2003年國內(nèi)手機配套鋰電池量為3.06億塊。我國移動電話用戶數(shù)從1995年的360萬增至2001年的14480萬戶。2004年我國1G+2G移動用戶達2.8億個，CDMA類達到1600萬戶，到2005年底我國移動用戶量達到3.2億個，按老手機50%的電池更換量計算，2005年國內(nèi)屆時手機電池更換量為1.2億只。如圖1所示[1]。

圖1我國手機近幾年產(chǎn)量走勢
與此同時，中國發(fā)展小靈通、CDMA給鋰離子電池提供了新的市場。截止2004年底，全國已有350多個城市開通了“小靈通”業(yè)務，系統(tǒng)總?cè)萘恳堰_到3000萬線，其用戶規(guī)模甚至超過了聯(lián)通CDMA，2005年用戶達到3200萬。按每戶配1.8塊電池計算，需新增電池5760萬只。CDMA服務的引進及生產(chǎn)本地化，為國內(nèi)鋰電池廠商提供了大量機會來提高市場占有率。
2廢舊鋰離子電池回收利用的基本原則
廢舊鋰離子電池的回收利用主要遵循循環(huán)經(jīng)濟的3R[2](減量化、再利用、資源化)原則進行。
鋰離子電池在流通中的流通順序依次是設計生產(chǎn)環(huán)節(jié)、銷售環(huán)節(jié)、消費環(huán)節(jié)、收集環(huán)節(jié)、貯存環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)、資源化處理環(huán)節(jié)、綜合利用環(huán)節(jié)和無害化處理環(huán)節(jié)，它們之間相互依存與約束，是對3R原則的最好體現(xiàn)。如圖2所示。

3廢舊鋰離子電池的資源化價值
3.1鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成
鋰離子電池主要由外殼、正極、負極、電解液和隔離膜幾部分組成。電池的正極有約90%的正極活性物質(zhì)鈷酸鋰、約7%～8%的乙炔黑導電劑、約3%～4%的有機粘合劑均勻混合后，涂布于厚約20μm鋁箔集流體上；電池的負極由約90%負極活性物質(zhì)碳素材料、4%～5%的乙炔黑導電劑、6%～7%的粘合劑均勻混合后，涂布于厚約20μm銅箔流體上，正負極厚約為0.18～0.2mm，中間用厚度約10μm的聚乙烯或聚丙烯膜隔開，并充以1mol/L的六氟磷酸鋰的有機碳酸酯電極液。鋰離子電池的優(yōu)點表現(xiàn)在能量密度高、平均輸出電壓高、輸出功率大、自放電小、沒有記憶效應、循環(huán)性能優(yōu)越，可快速放充電、充電效率高，殘留容量測試方便等。缺點主要是成本高(正極材料LiCoO2的價格高)、需特殊保護電路、與普通電池的相容性差等。
3.2鋰離子電池中的金屬材料含量
以常見的重約40g的手機電池為例，可看出鋰離子電池中金屬材料的含量[3]。如表1所示。
表1常見鋰離子電池中金屬含量％

鈷、鋰等作為生產(chǎn)鋰離子電池的原材料，在自然界中蘊藏很少。鈷是資源稀少、價格較貴的金屬，它沒有單獨的礦床，大都伴生于銅礦、鎳礦中且品位較低。世界各國都比較重視工業(yè)生產(chǎn)中鈷的回收。我國每年鈷的需求量約600～800t，其中60%以上需要進口，從表1可以看出，鋰電池中含鈷較高。一只重約40g的電池，含金屬鈷約6g。按每年報廢1億只鋰離子電池計算，其中可以回收的鈷就約600t，價值2億元左右。
4國內(nèi)外鋰離子電池回收處理技術(shù)[4-8]
目前，國外一些公司對鋰離子電池進行了回收利用。有代表性的如瑞士某公司，主要工藝是把回收來的電池經(jīng)篩選和人工分揀后，經(jīng)高壓常溫破碎→中和鋰→金屬分離→鎳鉻合金、鈷及氧化錳和塑料等。而日本回收處理廢電池一直走在世界前列，其工藝流程為電池組→解體塑料和金屬殼回收，單體電池焙燒→粉碎→分選→篩上物磁選出鐵，篩下物→酸溶解→過濾→收入溴酸反應→過濾→溴酸鈷→干燥→鈷化合物。 
國內(nèi)有關單位研究采用硫酸介質(zhì)還原浸出生產(chǎn)草酸鈷的工藝，工藝流程為破碎解體→分選→硫酸還原浸出→凈化→草酸沉鈷。
5廢舊鋰離子電池回收利用的經(jīng)濟效益分析
5.1廢舊鋰離子電池回收量的估算
鋰離子電池的使用壽命一般是2～3年，2005年底我國移動用戶量達到3.2億個，按老手機50%的電池更換量計算，2005年國內(nèi)屆時手機電池更換量為1.2億只，2007年回收量為0.12億只。
5.2開發(fā)廢舊鋰離子回收利用的成本要素
廢舊鋰離子電池資源化的成本主要包括以下幾方面：廢電池從消費者手中收集到廢電池處理場的費用；廢電池收集到處理場所后進行處理時所需的生產(chǎn)性支出，包括所需生產(chǎn)材料、人工、設備、水電以及維持企業(yè)正常運作等所必須支出的費用；回收廢電池過程中的環(huán)保費用。
5.3廢電池回收利用的收益
廢舊鋰離子電池回收利用的收益包括兩方面：
(1)從回收利用過程所得的材料銷售收入廢電池中各類金屬材料是回收利用的主要產(chǎn)品，其價值的高低決定于各類金屬的回收率和相互分離的程度。
(2)無害化回收利用廢電池帶來的環(huán)境效益該部分收益往往是回收企業(yè)不能直接得到的經(jīng)濟回報，但對整個社會和電池行業(yè)而言收益是巨大的。
5.4廢鋰離子電池回收利用效益模型的建立
在這里不考慮時間因素的動態(tài)分析。

式中：Pt：為廢鋰離子電池回收利用第t年的總收益，元；
Pk：經(jīng)回收利用后所得第k類再生材料的銷售價格，元/t；
Xk：經(jīng)回收利用后所得第k類再生材料的量，t；
Pk'：回收分解后第k種廢品的出售價格，元/t；
Yk：回收分解后第k種廢品的量，t；
Ct：廢鋰離子回收利用過程中總的投入，元。
5.5廢電池回收利用的經(jīng)濟收益估算
估算每只電池質(zhì)量約重25.1g，去殼后為14.5g，隔膜約0.9g。分析結(jié)果為每只電池平均含鈷14.3%，含鋰1.4%，含銅17.8%，含鋁4.61%。
(1)鈷鋰膜資源化的經(jīng)濟效益
采用堿浸—酸浸—凈化—沉鈷的工藝流程從鋰離子二次電池正極廢料———鋁鈷膜中回收鈷[9]。本工藝鈷的直收率達95.75%，且工藝流程短，對設備要求低，具有一定的經(jīng)濟效益和顯著的社會效益。根據(jù)目前市場行情，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實際情況，進行了簡單的經(jīng)濟估算：
①處理1t鈷鋰膜廢料(117元/kg)的原材料消耗：氫氧化鈉1168kg，價格2.2元/kg；98%濃硫酸2062kg，價格0.5元/kg；27.5%雙氧水719kg，價格2.2元/kg；草酸銨800kg，5元/kg；一次交換水3939kg，價格0.1元/kg。原材料所消耗的費用為：126576.3元。
②處理1t廢舊鋰離子電池的成本及效益概算：
如表2所示。
此次計算僅為實驗室情況的粗略估計，應用到實際生產(chǎn)時還應綜合考慮各種元素，如價格波動、回收程度和純度等。
(2)鋰離子電池回收利用的經(jīng)濟效益
廢品的回收價格：廢塑料0.80元/kg，廢金屬(平均)38.5元/kg。分揀工人平均工資30元/(班?人)；分揀工具及分揀勞動保護用品1000元/(a?人)。經(jīng)估算可知處理1t鈷鋰膜需要廢舊鋰離子電池4.3t，其中金屬占38.3%，塑料占13.47%，回收利用的總收益為：56389.4元。
表2廢舊鋰離子電池的成本及效益概算

故廢舊鋰離子電池經(jīng)回收利用后可得的總收益約為10.4萬元。在有效的廢棄鋰離子電池的回收體系的支撐下，按年回收手機電池300t(約1500萬支手機電池)計算，根據(jù)目前手機廢電池市場價為3萬元/t，每個電池應回收價值約1.5元，則年產(chǎn)值達到2250萬元。
6結(jié)束語
目前，每年手機電池報廢約1億支，每支電池平均約重20g，其中鈷含量約3g以上，目前金屬鈷價格40萬元/噸，每噸廢舊電池可回收金屬160千克以上，價值64000元，全國僅就鈷一項的回收價值就可達到數(shù)億元。從廢舊鋰離子二次電池中還可以回收鋁、銅以及有機電解液，價值都很高。進行再資源化的成本主要是機械設備運行的電力消耗、人工費、原料、運輸費和企業(yè)管理費等，廢舊電池回收成本。在有效的廢棄手機電池回收體系的支撐下，預期年處理量為100t，年銷售收入至少達到2250萬元，利稅達到450萬元回收廢棄的鋰離子電池可實現(xiàn)材料的循環(huán)使用，具有重大的社會意義。同時，具有可觀的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益，為推動循環(huán)經(jīng)濟的深入發(fā)展提供產(chǎn)業(yè)化標志。
參考文獻略