锂电池回收革新丨Micro-XRF优化黑物质金属元素回收效率

在电动汽车和移动设备的迅猛发展背后，锂电池的回收问题日益凸显。这些电池的生命周期终结后，它们所含的"黑物质(Black Mass)"成为了回收过程中的关键焦点。黑物质，是锂电池经过机械处理后形成的粉末，包含了钴、锂、锰、镍和铜等有价值的金属元素。这些金属不仅在电池制造中至关重要，也是全球循环经济和可持续发展战略中不可或缺的资源。Bruker微区X射线荧光光谱(Micro-XRF)是一种高效、精确的元素分析手段，通过深入分析黑物质的化学特性，可以为电池金属的回收提供科学依据和技术支持。

Bruker Micro-XRF可以提供高分辨率的元素分布图，揭示黑物质样品中铜、镍、锰和钴等有价值金属的精确分布。如下图所示，Micro-XRF生成的元素强度图以不同颜色代表不同元素，提供了一种直观的方法来识别和量化黑物质中的关键金属成分。图中的每一种颜色都对应着特定的元素，如铝(Al)、钴(Co)、铜(Cu)、铁(Fe)、镍(Ni)、磷(P)、锰(Mn)和锌(Zn)，颜色的深浅变化直接反映了元素的相对含量。

某黑物质样本（AHK/DP/1_1A Black Mass）主要元素分布图

Detected by Bruker M4 TORNADO Micro-XRF

• 铝 (Al)：铝通常作为电池外壳或箔材。铝的分布有助于评估电池组件的回收潜力。

• 钴 (Co)：钴是锂电池正极材料的关键组成部分，尤其在提高电池能量密度方面发挥作用。钴的分布显示了其在电池正极材料中的集中区域，为回收钴提供了精确的目标。

• 铜 (Cu)：铜作为集流体在电池中发挥导电作用。铜的分布有助于识别电池中的集流体部分，铜的回收可以减少对新矿石的依赖。

• 铁 (Fe)：铁可能作为杂质或电池某些部件的一部分存在。铁的分布有助于识别和评估铁的回收可能性，尽管它在电池中的含量可能较低。

• 镍 (Ni)：镍在多种锂电池正极材料中发挥作用。镍的分布突出了其在电池正极材料中的富集区域，为镍的回收提供了重要信息。

• 磷 (P)：磷在某些电池化学中作为正极材料的一部分。磷的分布可能指示磷酸铁锂(LiFePO4)电池的正极材料，磷的回收有助于这种电池材料的循环利用。

• 锰 (Mn)：锰在电池正极材料中提供结构稳定性和提高电池循环性能。锰的分布揭示了锰酸锂或镍锰钴(NMC)等电池正极材料的位置。

• 锌 (Zn)：锌在某些电池技术中作为负极材料。锌的分布有助于识别锌基电池的负极材料，为锌的回收和再利用提供指导。

参考文献：

Donnelly, L.; Pirrie, D.; Power, M.; Corfe, I.; Kuva, J.; Lukkari, S.; Lahaye, Y.; Liu, X.; Dehaine, Q.; Jolis, E.M.; et al. "The Recycling of End-of-Life Lithium-Ion Batteries and the Phase Characterisation of Black Mass." Recycling 2023, 8, 59. doi:10.3390/recycling8040059.

微区X射线荧光元素分布成像技术是对不均匀、不规则、大样品甚至小件样品和包裹物进行高灵敏度、非破坏性元素成像分析的首选方法，涉及领域包含生物金属材料、非金属材料、生物组织切片、医疗器械等。

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