鐘琍菁、謝欣如、陳幸德 / 工研院材化所
鋰已成為21世紀全球發展綠色經濟的重要戰略性物質，隨著鋰電池應用產業及E-Bike、電動汽車產業發展愈趨蓬勃，鋰的需求量快速成長。然而，目前國內鋰鹽材料完全仰賴進口，且鋰的來源集中於少數國家，導致鋰鹽材料成本易受能源與環境變異波動。因此，為因應鋰市場的需求量快速成長，必須開拓替代性鋰的來源，以滿足未來的需求。當中以海水、鹵水或廢鋰電池當作鋰供應來源的技術已受到重視，本文就國內鋰需求與替代來源的發展趨勢予以彙整說明。
【內文精選】
由廢鋰電池中回收鋰
由於廢鋰電池回收料源組成複雜，國內廠商在缺乏符合成本之鋰回收技術情況下，目前技術僅回收廢鋰電池中的銅、鈷、鎳等，造成鋰無法妥善回收，這也導致台灣目前尚無鋰回收產業。工研院材料與化工研究所水科技研究團隊（以下稱「本團隊」）針對廢鋰鐵電池黑粉之鋰回收提純技術進行開發，由上述文獻回顧可知，利用電池材料來進行選擇性鋰吸附有其學理根據。氧化錳混合物的洞穴或階層結構具有離子篩的能力，尖晶石型態(Spinel)氧化錳λ-MnO2是三維的面心立方體結構，在酸性環境下，LiMn2O4中的Mn(Ⅲ)會發生歧化反應(Disproportionation)轉化成Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅳ)，同時造成鋰離子的遷出；鋰離子嵌入反應則是由Mn(Ⅳ)還原成Mn(Ⅲ)，而鋰離子重新嵌入四面體的空隙(Tetrahedral Site)。
本團隊專利即利用添加氧化還原劑，來提升錳的氧化還原速率(Mn3+ ↔ Mn4+)，以期能有效提升鋰吸脫附速率。藉由選擇合適的氧化還原劑，可達到高鋰吸脫附量，同時可降低錳溶損量，有助於維持具高鋰選擇性之三維結構，具備縮短鋰吸脫附操作時間、延長吸附材使用壽命之優點，且針對低濃度含鋰水體，也可有效操作（圖五）。
圖五、快速選擇性鋰吸脫附之機制示意圖
λ-MnO2粉末吸附材之問題包括：進水難以均勻分布於模組、長時間使用後吸附材結構不穩定而細屑化及粉末分離較為困難等。為能提升吸附材未來應用性，將吸附粉材固定化成中空管狀，此吸附材料占比皆為80%。於吸附試驗中，以鋰鐵電池酸洗廢液為原水，初始鋰濃度為876 mg/L，添加Na2S2O3還原劑至含鋰原水，並觀察λ-MnO2吸附材之鋰吸附效果。其試驗結果如表二及圖七所示，可知鋰吸附率於5小時後可達98.3%，能有效於短時間內選擇性吸附鋰離子。本團隊也建立了鋰回收系統（圖八），其含鋰廢液處理量可達50 L/day，產出碳酸鋰純度≧99%。未來期望將鋰回收技術導入至廢鋰電池實場廢液之金屬回收製程，建立鈷、鎳、鋰同步回收技術，加速後端產品應用之鏈結---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八、鋰回收系統建置
★本文節錄自《工業材料雜誌》464期，更多資料請見下方附檔。