鋰電池的二次利用
正負(fù)極集流體,一般,正極用鋁箔,負(fù)極用銅箔,還可能焊一些鎳帶做連接導(dǎo)電用。這些基本沒有毒性?,F(xiàn)在出現(xiàn)的一些廢舊鋰電池回收單位就是靠回收這些和鋼殼鋁殼掙錢。標(biāo)簽:可回收利用,無污染。
負(fù)極一般是石墨,少數(shù)可能是鈦酸鋰或是硅基材料,當(dāng)然錫基負(fù)極也有,但是成本就有點(diǎn)高了,現(xiàn)在沒人用。石墨分為天然石墨和人造石墨,天然石墨來源于石墨礦,然后再進(jìn)行一些加工,這個天然石墨的開采,污染還是比較嚴(yán)重的,主要是對呼吸道的損壞,大家可以搜一下;人造石墨,是用石油焦或是瀝青等高分子物高溫石墨化制成,基本無污染。有一些鋰電池中石墨浮選的回收方法,但是不知道現(xiàn)在應(yīng)用的怎么樣了,肯定可以回收。鈦酸鋰的生產(chǎn)流程不清楚。硅基負(fù)極基本無污染。按照用量最大的石墨進(jìn)行評估。標(biāo)簽:中度污染,回收情況不明。
正極:目前的正極有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料、鈷酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰。磷酸鐵鋰,一般用作汽車電池或是儲能電池,無毒性。錳酸鋰,電動自行車電池,無毒性。三元材料:鎳鈷錳酸鋰,用途廣泛,電動自行車、電子產(chǎn)品、航模等,鈷元素有毒。鈷酸鋰,數(shù)碼類的產(chǎn)品,手機(jī)、pad等,中等毒性。鎳鈷鋁酸鋰:不明,猜測和鎳鈷錳酸鋰一樣。
電解液為有機(jī)溶劑和鋰鹽組成,有機(jī)溶劑一般有PC、EC、DEC、DMC、DME等,其中DMC為微度,其他是無毒。鋰鹽是六氟磷酸鋰(用的最多,也有其他鋰鹽),遇水則水解生成HF,有毒。外殼有幾大類:鋁殼、鋼殼、塑料殼、鋁塑膜。其中鋁殼、鋼殼無毒。塑料殼和鋁塑膜則是白色污染。隔膜,一般是聚烯烴類的微孔薄膜,PP、PE,白色污染。
粘結(jié)劑,目前一般有丁苯橡膠SBR、聚偏氟乙烯PVdF、還有一些丙烯酸類的粘結(jié)劑。這些就當(dāng)做是白色污染吧。另外鋰電加工過程中使用到的物質(zhì)主要是NMP(微毒),用作是正負(fù)極的溶劑,在制造過程中蒸發(fā)掉,企業(yè)需要控制其排放量,并且回收。我認(rèn)為,目前鋰電存在的污染問題主要有三大類:第一、生產(chǎn)過程中清洗正負(fù)極制漿的設(shè)備和涂布設(shè)備造成的污染,這兩個是包括正極負(fù)極材料、NMP、膠等物質(zhì),一些企業(yè)控制不好(惡意揣測不想控制)導(dǎo)致含毒廢水泄露。第一點(diǎn)一、生產(chǎn)過程中清洗注電解液時的用品,可能導(dǎo)致含電解液的水流入下水道。一般情況下,技術(shù)研發(fā)人員很可能將水直接排入下水道。第二、NMP回收不徹底。第三、市場上流通的鋰電池確實(shí)很少有回收的,一是鋰電本身污染小,大家重視程度不夠;二是、鋰電回收收益低。
目前鋰離子電池,越來越貼近平民生活了,主要是手機(jī)數(shù)碼電子產(chǎn)品的普及,鋰離子電池的應(yīng)用也逐漸擴(kuò)張到電動自行車、混動轎車等,原先一些鉛酸電池的市場逐漸被鋰電侵蝕,但不可能完全被取代。雖然家家戶戶都有不少鋰離子電池(廢棄手機(jī)電池等),但是其回收目前還局限在制造企業(yè)內(nèi)部,主要是正極材料鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰中的貴金屬鈷鎳,負(fù)極石墨,集流體鋁、銅(超高純度),殼體等。就好比大街小巷見到的廢品回收一樣,有價值自然就有人回收,但是這其中的污染完全沒有減少。目前鋰離子電池為液體電解質(zhì),即多種有機(jī)溶劑、鋰鹽等組分,其中不乏有毒有害甚至致癌物;未來固態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池或許會普及,這是另話。而對比鉛酸,大家都有了解,電動自行車賣家對回收鉛酸電池非常有積極性且民眾也很樂意,原因就是免維護(hù)鉛酸電池回收已經(jīng)非常成熟,社會和企業(yè)都對其回收盡到了義務(wù)和責(zé)任。在用戶端,只要不破壞就不會有污染。鉛酸電池生產(chǎn)也一樣,污染物主要是鉛粉,不接觸不吸入也就不會中毒;電解液是水溶劑,硫酸。另者,鉛酸企業(yè)經(jīng)過國家大力整治,已經(jīng)形成了寡頭壟斷,產(chǎn)品質(zhì)量都較可靠。而鋰電池企業(yè)參差不齊,應(yīng)該所有人都經(jīng)歷過手機(jī)電池氣鼓、容量驟減、壽命超短等類似情況,嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)爆炸事故,鋰離子電池一旦過充過放,受沖擊很容易出現(xiàn)燃燒危險。制造過程同樣也是,有機(jī)溶劑毒性形成污水、粉塵污染、多次發(fā)生著火事故。
團(tuán)隊(duì)使用濕法冶金技術(shù),在實(shí)驗(yàn)室級的測試中,可以從48.8Wh鋰電池中還原出鈷和鋰。這個工藝包括:首先,在700攝氏度的烤箱中烘烤電池,“煅燒”鈷、鋰和銅,破壞有機(jī)化合物例如塑料和泡沫。這種煅燒物質(zhì)攜帶金屬和金屬化合物(鹽和氧化物),然后加以強(qiáng)酸、鹽酸和硫酸,萃取金屬離子。團(tuán)隊(duì)使用過氧化氫作為還原劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以測試這種試劑是否可以提高浸出工藝。他們能夠以約50%的效率提取鋰,以約25%效率提取鈷。
可行性
因?yàn)檫@些金屬分別代表48.8Wh電池重量的41%和8.5%,所以整體來說提取率是較高的,另外再加上熱和酸的作用,構(gòu)成了一種具有商業(yè)可行性的方案,用于回收這些電池的電極。然后,這種淋溶金屬可以用于制造新電池,或者用于其他工業(yè)應(yīng)用。這種受污染的液體廢料,可進(jìn)一步地進(jìn)行更加安全地回收處理。