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鋰離子電池材料的探索

一、概述

鋰離子電池因其優良的運用效能如電壓高、比容量大、無記憶效應等深受各電子產品製造廠商的喜歡,產量逐年擴大。鋰離子電池目前已深化到我們工作和生活的每一個角落,能夠說是隨處可見,手機、電腦、相機、充電寶、電動腳踏車、新能源汽車等都將鋰離子電池作為理想的電源。目前全國鋰離子電池總的耗費量在78億隻左右。

目前我國手機總產量已超越20億部,假如一部手機配一塊鋰離子電池,這些電池的均勻壽命為3年,那麼3年後,我們身邊的廢舊鋰離子電池數量就可能到達數以百億塊。這還不包括膝上型電腦、照相機、充電寶等常用裝置中所運用的鋰離子電池。隨著新能源汽車的日益提高,鋰離子電池在新能源汽車上的應用又將帶動鋰離子電池的消費。從手機到電動腳踏車再到電動汽車,生活中的廢舊鋰離子電池越來越多,而資源卻愈加慌張,環保請求日益嚴厲,面對數以萬計的廢舊鋰離子電池若處置不好,人們的身體安康將直接或間接地遭到傷害。

手機鋰離子電池用時間久了會呈現鼓包現象,受外力後可能呈現破損,電池中含有不穩定的電解質溶液,洩露會汙染環境。其電解質鋰在溼潤的空氣中會合成生成有害物質,而碳酸酯類溶劑會對水、大氣和土壤形成嚴重汙染,嚴重危害整個環境系統。即便廢鋰電池沒有發作破損現象,但假如與生活渣滓一同填埋,一朝一夕,滲出的重金屬鈷、銅等也會對環境構成潛在的汙染。資料顯現,1個20g的廢舊手機鋰電池可汙染6 000m3的水資源、汙染1km2的土地長達50年左右。可見,假如將數以百億塊的手機廢電池隨意和渣滓一同處置,對人類環境所形成的汙染不可思議。

其實,廢舊鋰電池能夠回收再應用,如一些有價重金屬回收價值大。通常,廢舊鋰離子電池中鈷、鋰、鎳的比例小,這些金屬都是一次資源。特別是金屬鈷,因沒有單獨的礦床,大多伴生於銅、鎳礦中,且品位較低,產量小,價錢較貴,假如得到回收可解決我國鈷資源緊缺的問題。除此之外,廢舊鋰電池中還含有銅、鋁、鐵等金屬元素,都能夠回收再應用,完成物盡其用、變廢為寶,不只環境效益顯著,而且經濟效益客觀。

廢舊鋰電池回收處置,有助於構成“消費—回收—再消費”的迴圈鏈,處理廢舊鋰電池汙染和廢物應用的問題,完成新能源汽車的持續開展,解決我國戰略金屬資源緊缺場面。

二、鋰離子電池回收處置技術

鋰離子電池由正負兩端、電解液、隔閡、集流體、外殼等區域性組成。將電池的正端、導電劑及黏結劑平均混合後塗抹在鋁箔集流體兩側,將負端資料、導電劑、黏結劑平均混合後塗抹在銅箔集流體兩側,正負兩端中間用隔閡隔開,均浸在電解液中,之後用外殼包裹。廢舊鋰離子電池在回收之前要充分放電確保對人身沒有傷害後再停止拆解,除去外殼,電端、負端資料、集流體、電解液等,然後再停止下一步的回收。

1。 鋰離子電池外殼的回收

鋰電池外殼有鋼殼(方型很少運用)、鋁殼、鍍鎳鐵殼(圓柱電池運用)、鋁塑膜(軟包裝)等,還有電池的蓋帽,即電池正負端的引出端。回收外殼前需對廢舊鋰電池停止放電預處置前方可拆解,拆解後的塑膠及鐵外殼能夠回收。通常有:機械粉碎與篩分法,即經過機械破碎、過篩、分選出外殼資料;手工拆解,思索到對人體的傷害狀況儘量不採用這種辦法;低溫冷凍後拆解,該工藝技術十分環保,但只能回收區域性金屬資料和鋰鹽,回收效率低,無法對塑膠完成回收。

2。 正端資料的回收

鋰離子電池以含鋰的化合物作正端,只要鋰離子,無金屬鋰。通常為錳酸鋰、鈷酸鋰、鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰等資料,目前大區域性的鋰離子電池正端的物質仍採用鈷酸鋰,因鎳鈷錳酸鋰分離了錳酸鋰和鈷酸鋰兩者資料的優勢,吸收了眾多研討者的興味,作為電動腳踏車和電動汽車的動力電池頗具潛力。

隨著這種礦產資源的耗竭,且正端資料佔電池總本錢的接近一半,假如將正端資料中的鈷、鎳、鋰等重金屬停止回收,變廢為寶,完成資料的迴圈應用,既能夠延緩礦產資源危機又完成可持續開展,同時還將帶來宏大的經濟效益。

3。 負端資料的回收

鋰電池負端資料的品種繁多:①金屬資料,如鋰金屬。②無機非金屬資料,主要是碳資料、矽資料及其他非金屬的複合資料。③過渡金屬氧化物。目前應用較多的是碳、石墨類和非石墨類碳資料。鈦酸鋰因具有十分優良的迴圈壽命、平安性和倍率效能,也可作為負端資料在電動汽車上運用,主要缺點是會降低電池的耗損功率。也有一些公司開發用錫合金作負端資料,但仍處於研討階段,應用較少。導電集流體運用厚度7 ~15μm的電解銅箔,故能夠回收其中的銅(含量達百分之35左右),關於粘附於其上的碳粉,也可回收用作塑膠、橡膠等的新增劑。因而,首先得對廢鋰電池負端組成資料停止別離,幾乎完全完成廢鋰電池資源化應用。

經過錘振破碎很好的完成碳粉與銅箔間的互相剝離,再依據顆粒間尺寸差和外形差的振動過篩初步別離銅箔與碳粉。銅箔在大於0。250 mm 粒級範圍內富集而碳粉在小於0。125 m m 粒徑範圍內富集,依據粒徑不同可直接停止回收應用。

關於粒徑為0。125 ~0。250 mm的破碎顆粒,採用氣流分選法完成銅與碳粉間的有分離。經過錘振破碎、振動篩分與氣流分選組合工藝可完成廢鋰電池負端資料中金屬銅與碳粉的資源化應用。