濕法冶金和常壓治金處理廢電池,在技術(shù)上較為成熟,但都具有流程長、污染源多、投資和消耗高、綜合效益低的共同缺點。1996年,日本TDK公司對再生工藝作了大膽的改革,變回收單項金屬為回收做磁性材料。這種做法簡化了分離工序,使成本大大降低,從而大幅度提高了干電池再生利用的效益。近年來,人們又開始嘗試研究開發(fā)一種新的冶金法--真空冶金法:基于廢電池各組分在同一溫度下具有不同的蒸氣壓,在真空中通過蒸發(fā)與冷凝,使其分別在不同溫度下相互分離從而實現(xiàn)綜合利用和回收。由于是在真空中進行,大氣沒有參與作業(yè),故減小了污染。雖然對真空冶金法的研究尚少,且還缺乏相應(yīng)的經(jīng)濟指標,但它明顯克服了濕法冶金法和常壓冶金法的一些缺點,因而必將成為一種很有前途的方法。
鋰離子電池處理工藝為先將電池焚燒以除去有機物,再篩選去鐵和銅后,將殘余粉加熱并溶于酸中,用有機溶媒便可提出氧化鈷,可用作顏料、涂料的制作原料 。
鋰離子電池以碳素材料為負極,以含鋰的化合物作正極,沒有金屬鋰存在,只有鋰離子,這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程,就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中,同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌(習慣上正極用嵌入或脫嵌表示,而負極用插入或脫插表示)。在充放電過程中,鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插,被形象地稱為“搖椅電池”。
縱觀電池發(fā)展的歷史,可以看出當前世界電池工業(yè)發(fā)展的三個特點,一是綠色環(huán)保電池迅猛發(fā)展,包括鋰離子蓄電池、氫鎳電池等;二是一次電池向蓄電池轉(zhuǎn)化,這符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略;三是電池進一步向小、輕、薄方向發(fā)展。在商品化的可充電池中,鋰離子電池的比能量高,特別是聚合物鋰離子電池,可以實現(xiàn)可充電池的薄形化。正因為鋰離子電池的體積比能量和質(zhì)量比能量高,可充且,具備當前電池工業(yè)發(fā)展的三大特點,因此在發(fā)達國家中有較快的增長。電信、信息市場的發(fā)展,特別是移動電話和筆記本電腦的大量使用,給鋰離子電池帶來了市場機遇。而鋰離子電池中的聚合物鋰離子電池以其在安全性的特優(yōu)勢,將逐步取代液體電解質(zhì)鋰離子電池,而成為鋰離子電池的主流。聚合物鋰離子電池被譽為“21世紀的電池”,將開辟蓄電池的新時代,發(fā)展前景十分樂觀。
可充電鋰離子電池是手機、筆記本電腦等現(xiàn)代數(shù)碼產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛的電池,但它較為“嬌氣”,在使用中不可過充、過放(會損壞電池或使之報廢)。因此,在電池上有保護元器件或保護電路以防止昂貴的電池損壞。鋰離子電池充電要求很高,要終止電壓精度在±1%之內(nèi),各大半導(dǎo)體器件廠已開發(fā)出多種鋰離子電池充電的IC,以安全、可靠、快速地充電。
手機基本上都是使用鋰離子電池。正確地使用鋰離子電池對延長電池壽命是十分重要的。它根據(jù)不同的電子產(chǎn)品的要求可以做成扁平長方形、圓柱形、長方形及扣式,并且有由幾個電池串聯(lián)并聯(lián)在一起組成的電池組。鋰離子電池的額定電壓,因為材料的變化,一般為3.7V,磷酸鐵鋰正極的則為3.2V。充滿電時的終止充電電壓一般是4.2V,磷酸鐵鋰3.65V。鋰離子電池的終止放電電壓為2.75V~3.0V(電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓,各參數(shù)略有不同,一般為3.0V,磷鐵為2.5V)。低于2.5V(磷酸鐵鋰2.0V)繼續(xù)放電稱為過放,過放對電池會有損害。
當對電池進行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。同樣,當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程),嵌在負極碳層中的鋰離子脫出,又運動回正極?;卣龢O的鋰離子越多,放電容量越高。
鋰離子電池由于材料體系及制成工藝等諸多方面因素的影響,存在發(fā)生內(nèi)短路的風險。雖然鋰離子電池在出廠時都已經(jīng)經(jīng)過嚴格的老化及自放電篩選,但由于過程失效及其他不可預(yù)知的使用因素影響,依然存在一定的失效概率導(dǎo)致使用過程中出現(xiàn)內(nèi)短路。對于動力電池,其電池組中鋰離子電池多達幾百節(jié)甚至上萬節(jié),大大放大了電池組發(fā)生內(nèi)短的概率。由于動力電池組內(nèi)部所蘊含的能量,內(nèi)短路的發(fā)生極易誘發(fā)惡性事故,導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)損失。
將上述經(jīng)過化學(xué)處理的負極粉,于非自耗電弧爐中進行次冶煉。將所得合金鑄錠拋光,去除表面雜質(zhì)后,分析各元素含量,結(jié)果可以看出合金中的元素含量偏離原合金,鎳含量遠大于原合金粉中的鎳含量,這是因為在制作電極的過程中加入鎳粉做導(dǎo)電劑,為了有效的利用它,以它為基準,調(diào)整其它元素的含量使其符合組成為MmNi3.5Co0.7Mn0.4Al0.3的各元素的配比,進行第二次冶煉。冶煉后,將得到的合金鑄錠破碎,研磨后,測其結(jié)構(gòu),為CaCu5型,沒有其它雜相生成。