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(biāo),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。
硫酸溶液中FeSO4還原PbO2,還原過程可用下式表示:
PbO2(固)+2FeSO4(液)+2H2SO4(液)→PbSO4(固)+Fe2(SO4)3(液)+2H2O
此法還原過程穩(wěn)定,速度快,還可使泥渣中的金屬鉛完全轉(zhuǎn)化,并有利于PbO2的還原:
Pb(固)+Fe2(SO4)3(液)→PbSO4(固)+2FeSO4(液)Pb(固)+PbO(固)+2H2SO4(液)→2PbSO4(固)+2H2Oc
還原劑可利用鋼鐵酸洗廢水配制,以廢治廢。Ni-MH電池、新型的鋰離子電池隨著近年手持電話和電子設(shè)備的發(fā)展得到了大量的應(yīng)用。在日本,Ni-MH電池的產(chǎn)量,1992年達1800萬只,1993年達7000萬只,到2000年已占市場份額的近50%??梢灶A(yù)計,在不久的將來,將會有大量的廢Ni-MH電池產(chǎn)生。這些廢Ni-MH電池的正、負極材料中含有許多有用金屬,如鎳、鈷、稀土等。因此,回收Ni-MH電池是十分有益的,有關(guān)它們的再生利用技術(shù)亦在積極開發(fā)中。
縱觀電池發(fā)展的歷史,可以看出當(dāng)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(dāng)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(jì)的電池”,將開辟蓄電池的新時代,發(fā)展前景十分樂觀。
鋼殼/鋁殼/圓柱/軟包裝系列:
(1)正極——活性物質(zhì)一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰,鎳鈷錳酸鋰材料,電動自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰(俗稱三元)或者三元+少量錳酸鋰,純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導(dǎo)電集流體使用厚度10-20微米的電解鋁箔。
(2)隔膜——一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔結(jié)構(gòu),可以讓鋰離子自由通過,而電子不能通過。
(3)負極——活性物質(zhì)為石墨,或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳,導(dǎo)電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。
(4)有機電解液——溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑,聚合物的則使用凝膠狀電解液。
(5)電池外殼——分為鋼殼(方型很少使用)、鋁殼、鍍鎳鐵殼(圓柱電池使用)、鋁塑膜(軟包裝)等,還有電池的蓋帽,也是電池的正負極引出端
溶質(zhì):常采用鋰鹽,如高氯酸鋰(LiClO4)、六氟磷酸鋰(LiPF6)、四氟硼酸鋰(LiBF4)。溶劑:由于電池的工作電壓遠水的分解電壓,因此鋰離子電池常采用有機溶劑,如乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯等。有機溶劑常常在充電時破壞石墨的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致其剝脫,并在其表面形成固體電解質(zhì)膜(solid electrolyte interphase,SEI)導(dǎo)致電極鈍化。有機溶劑還帶來易燃、易爆等安全性問題。
利用功能涂層對電池導(dǎo)電基材進行表面處理是一項突破性的技術(shù)創(chuàng)新,覆碳鋁箔/銅箔就是將分散好的納米導(dǎo)電石墨和碳包覆粒,均勻、細膩地涂覆在鋁箔/銅箔上。它能提供的靜態(tài)導(dǎo)電性能,收集活性物質(zhì)的微電流,從而可以大幅度降低正/負極材料和集流之間的接觸電阻,并能提高兩者之間的附著能力,可減少粘結(jié)劑的使用量,進而使電池的整體性能產(chǎn)生顯著的提升。 涂層分水性(水劑體系)和油性(有機溶劑體系)兩種類型。
鋰電池的正極材料有鈷酸鋰LiCoO2 、三元材料Ni+Mn+Co、錳酸鋰LiMn2O4加導(dǎo)電劑和粘合劑,涂在鋁箔上形成正極,負極是層狀石墨加導(dǎo)電劑及粘合劑涂在銅箔基帶上,比較的負極層狀石墨顆粒已采用納米碳。
1、制漿:用的溶劑和粘結(jié)劑分別與粉末狀的正負極活性物質(zhì)混合,經(jīng)攪拌均勻后,制成漿狀的正負極物質(zhì)。
2、涂膜:通過自動涂布機將正負極漿料分別均勻地涂覆在金屬箔表面,經(jīng)自動烘干后自動剪切制成正負極極片。
3、裝配:按正極片—隔膜—負極片—隔膜自上而下的順序經(jīng)卷繞注入電解液、封口、正負極耳焊接等工藝過程,即完成電池的裝配過程,制成成品電池。
4、化成:將成品電池放置測試柜進行充放電測試,篩選出合格的成品電池,待出廠
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(fēng)險。雖然鋰離子電池在出廠時都已經(jīng)經(jīng)過嚴(yán)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。