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鋰電池的二次利用

正負極集流體,一般,正極用鋁箔,負極用銅箔,還可能焊一些鎳帶做連接導電用。這些基本沒有毒性。現在出現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。標簽:可回收利用,無污染。

負極一般是石墨,少數可能是鈦酸鋰或是硅基材料,當然錫基負極也有,但是太他媽的高端了,現在沒人用。石墨分為天然石墨和人造石墨,天然石墨來源于石墨礦,然后再進行一些加工,這個天然石墨的開采,污染還是比較嚴重的,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,但是不知道現在應用的怎么樣了,肯定可以回收。鈦酸鋰的生產流程不清楚。硅基負極基本無污染。按照用量最大的石墨進行評估。標簽: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、電子產品、航模等,鈷元素有毒。鈷酸鋰,數碼類的產品,手機、pad等,中等毒性。鎳鈷鋁酸鋰:不明,猜測和鎳鈷錳酸鋰一樣。

鋰電池

電解液為有機溶劑和鋰鹽組成,有機溶劑一般有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劑。這些就當做是白色污染吧。另外鋰電加工過程中使用到的物質主要是NMP(微毒),用作是正負極的溶劑,在制造過程中蒸發掉,企業需要控制其排放量,并且回收。我認為,目前鋰電存在的污染問題主要有三大類:第一、生產過程中清洗正負極制漿的設備和涂布設備造成的污染,這兩個是包括正極負極材料、NMP、膠等物質,一些企業控制不好(惡意揣測不想控制)導致含毒廢水泄露。第一點一、生產過程中清洗注電解液時的用品,可能導致含電解液的水流入下水道。一般情況下,技術研發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,主要是手機數碼電子產品的普及,鋰離子電池的應用也逐漸擴張到電動自行車、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(廢棄手機電池等),但是其回收目前還局限在制造企業內部,主要是正極材料鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰中的貴金屬鈷鎳,負極石墨,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,即多種有機溶劑、鋰鹽等組分,其中不乏有毒有害甚至致癌物;未來固態電解質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,原因就是免維護鉛酸電池回收已經非常成熟,社會和企業都對其回收盡到了義務和責任。在用戶端,只要不破壞就不會有污染。鉛酸電池生產也一樣,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,鉛酸企業經過國家大力整治,已經形成了寡頭壟斷,產品質量都較可靠。而鋰電池企業參差不齊,應該所有人都經歷過手機電池氣鼓、容量驟減、壽命超短等類似情況,嚴重的甚至出現爆炸事故,鋰離子電池一旦過充過放,受沖擊很容易出現燃燒危險。制造過程同樣也是,有機溶劑毒性形成污水、粉塵污染、多次發生著火事故。

團隊使用濕法冶金技術,在實驗室級的測試中,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,破壞有機化合物例如塑料和泡沫。這種煅燒物質攜帶金屬和金屬化合物(鹽和氧化物),然后加以強酸、鹽酸和硫酸,萃取金屬離子。團隊使用過氧化氫作為還原劑進行實驗,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

因為這些金屬分別代表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,構成了一種具有商業可行性的方案,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,或者用于其他工業應用。這種受污染的液體廢料,可進一步地進行更加安全地回收處理。

 

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