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國立雲林科技大學環境與安全衛生工程系學刊 第七期（民國九十五年） 廢棄鋰離子二次電池有價金屬回收 方鴻源1、許愷中2、陳怡茜2、呂孟珊2 1.國立雲林科技大學環境與安全衛生工程系教授 2.國立雲林科技大學環境與安全衛生工程系專題生 關鍵詞：鋰離子二次電池、濕式冶鍊法、電解回收 摘 要 隨著鋰離子二次電池市場需求量的成長，使得其丟棄量隨之增加，其中所帶來的危害也相對增加。本研究主要是針對廢棄鋰離子二次電池之物理構造探討及對所含金屬物質，利用濕式治煉法之技術，來進行有價金屬回收程序之開發，避免其污染環境且達到廢棄物質源再生利用之目的，作為環保主管機關及回收相關民營企業之參考依據。並比較不同廠牌之鋰離子二次電池回收之效率。 電池的基本組成百分比為集電柄約佔總重1%、陽極佔23%、陰極佔34%、隔離膜佔2%、電解液佔11%、外殼（不銹鋼）佔29%；另外陽極中鋁佔14.2%、鈷佔40.9%、鎳佔5.4%、鋰佔0.5%。陰極中銅佔36.3%、鋰佔0.2％，其餘則為碳材或其他金屬所構成。浸漬結果發現，陽極利用4N鹽酸，固液比為3g/100ml，溫度70℃下浸出2小時；陰極利用4N硝酸，固液比為3g/100ml，溫度90℃下浸出2小時，則可得各金屬最佳浸出效率。陽極浸出液再以NaOH調整pH值為8後過濾取出水相，加入飽和之碳酸鈉溶液以沉澱法回收水相中的鋰離子，可回收佔原正極鋰含量91.7%的碳酸鋰粉末；而經過濾出含鈷、鋁、鎳的沉澱膠凝物，在加入硫酸與氨水並調整pH值為8後，利用電解方式使鈷金屬沉積在陰極不鏽鋼片上，可得到佔原陽極鈷含量的75.0%，純度為94.0%；陰極方面，以0.5A的電流常溫下電解8小時後，即可得到佔原陰極銅含量的73.2%，純度為99.8%。另外在不同廠牌的廢棄鋰離子電池回收方面，不同的材料會影響其鈷的效率及純度，但相差不大。 前言 近幾年來隨著科技的蓬勃發展，電子資訊與無線通訊的技術不斷進步，使得3 C（通訊、資訊、消費）產品的使用量也快速成長，如行動電話、筆記型電腦、PDA及數位相機等，其中又因彩色行動電話市場的快速成長，使得其持有率成長最多（根據國際電信聯盟統計，2002年台灣地區行動電話持有率世界第一，其普及率為108%），而由於這類電子元件的組合現在極為強調「輕、薄、短、小」的概念，作為發展方向，故必須利用高性能小型二次電池作為其能量來源，現今在種類繁多的二次電源中，其又以具有重量輕、高電位、儲存壽命長，低自我放電及高能量密度等優點的鋰離子二次電池（Lithium-ion secondary battery）使用最為廣泛。估計全球小型鋰二次電池需求量從1998年的20.2億顆急速成長至2005年的61億顆以上；同時我國在2001年對鋰離子二次電池的需求量更到達1.95億顆，已逐漸取代鎳鎘、鎳氫等電池，成為未來不可或缺的能量來源。 隨著鋰離子二次電池市場需求量的成長，使得廢棄鋰離子二次電池的丟棄量隨之增加，其中所帶來的危害也相對增加。由於這些廢棄鋰離子二次電池有可能在反覆充放電的過程中，因電沉積與電溶解造成鋰金屬的析出，刺穿隔離膜而造成短路，且一旦與水或空氣中的濕氣接觸時可能會引起火災，甚至產生爆炸之可能；另外鋰離子二次電池中含有多種金屬（鋰、鈷、鎳、銅、錳…..等），若隨意丟棄沒有妥善的處理，則會對環境造成嚴重的污染並造成危害；且這些金屬亦為有價金屬，若無法被回收再利用，在資源永續發展的觀點下，對於有限的地球礦產資源亦屬可惜。 綜合上述，本研究將進行對廢棄鋰離子二次電池之資源再生技術之研究開發，並研擬一最佳之廢棄鋰離子二次電池有價金屬資源再生處理流程。 二、實驗方法 1. 樣品來源 由於各家廠商所生產之鋰離子二次電池，成分含量皆不盡相同，為了使樣品一致性及提高實驗準確率，故本實驗收集使用同一廠牌行號之廢棄鋰離子二次電池（長3cm、寬5cm、高1cm），作為實驗之樣品。 2. 沉澱回收方法 以飽和碳酸鈉溶液當作陽極浸出液之沉澱劑，加入中和反應後之濾液，探討沉澱溫度及液液比對有價金屬回收率之影響。沉澱後之濾液經過濾後，以原子吸收光譜儀分析碳酸鋰之鋰含量及其純度。 3. 置換回收方法 以鋁粉為置換劑，加入陽極浸出液探討在不同添加量及pH下，對電池中之有價金屬之置換效果。置換後之浸出液經過濾後，以原子吸收光譜儀分析鈷之含量及純度。 4. 電解回收方法 以石墨片(40mm × 100mm × 2.0mm)為陽極，不銹鋼片(40mm × 100mm × 2.0mm)為陰極，控制電源供應器改變電流密度，探討不同電流及不同溫度對鈷、銅回收的最佳效率。當電流通入後，鈷、銅離子會吸附於陰極板上。並用原子吸收光譜儀分析電解前後電解液含鈷、銅量，探討電解回收與時間之關係。 三、研究方法 本研究先將廢棄鋰離子二次電池連接燈泡（