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锂离子电池材料的探索

时间:2023-07-03 14:08:19 点击:14338次

一、概述

锂离子电池因其优良的运用性能如电压高、比容量大、无记忆效应等深受各电子产品制造厂商的喜欢,产量逐年扩大。锂离子电池目前已深化到我们工作和生活的每一个角落,能够说是随处可见,手机、电脑、相机、充电宝、电动自行车、新能源汽车等都将锂离子电池作为理想的电源。目前全国锂离子电池总的耗费量在78亿只左右。

目前我国手机总产量已超越20亿部,假如一部手机配一块锂离子电池,这些电池的均匀寿命为3年,那么3年后,我们身边的废旧锂离子电池数量就可能到达数以百亿块。这还不包括笔记本电脑、照相机、充电宝等常用设备中所运用的锂离子电池。随着新能源汽车的日益提高,锂离子电池在新能源汽车上的应用又将带动锂离子电池的消费。从手机到电动自行车再到电动汽车,生活中的废旧锂离子电池越来越多,而资源却愈加慌张,环保请求日益严厉,面对数以万计的废旧锂离子电池若处置不好,人们的身体安康将直接或间接地遭到伤害。

手机锂离子电池用时间久了会呈现鼓包现象,受外力后可能呈现破损,电池中含有不稳定的电解质溶液,泄露会污染环境。其电解质锂在湿润的空气中会合成生成有害物质,而碳酸酯类溶剂会对水、大气和土壤形成严重污染,严重危害整个环境系统。即便废锂电池没有发作破损现象,但假如与生活渣滓一同填埋,一朝一夕,渗出的重金属钴、铜等也会对环境构成潜在的污染。数据显现,1个20g的废旧手机锂电池可污染6000m3的水资源、污染1km2的土地长达50年左右。可见,假如将数以百亿块的手机废电池随意和渣滓一同处置,对人类环境所形成的污染不可思议。

其实,废旧锂电池能够回收再应用,如一些有价重金属回收价值大。通常,废旧锂离子电池中钴、锂、镍的比例小,这些金属都是一次资源。特别是金属钴,因没有单独的矿床,大多伴生于铜、镍矿中,且品位较低,产量小,价钱较贵,假如得到回收可解决我国钴资源紧缺的问题。除此之外,废旧锂电池中还含有铜、铝、铁等金属元素,都能够回收再应用,完成物尽其用、变废为宝,不只环境效益显著,而且经济效益客观。

废旧锂电池回收处置,有助于构成“消费—回收—再消费”的循环链,处理废旧锂电池污染和废物应用的问题,完成新能源汽车的持续开展,解决我国战略金属资源紧缺场面。

二、锂离子电池回收处置技术

锂离子电池由正负两端、电解液、隔阂、集流体、外壳等局部组成。将电池的正端、导电剂及黏结剂平均混合后涂抹在铝箔集流体两侧,将负端资料、导电剂、黏结剂平均混合后涂抹在铜箔集流体两侧,正负两端中间用隔阂隔开,均浸在电解液中,之后用外壳包裹。废旧锂离子电池在回收之前要充分放电确保对人身没有伤害后再停止拆解,除去外壳,电端、负端资料、集流体、电解液等,然后再停止下一步的回收。

1.锂离子电池外壳的回收

锂电池外壳有钢壳(方型很少运用)、铝壳、镀镍铁壳(圆柱电池运用)、铝塑膜(软包装)等,还有电池的盖帽,即电池正负端的引出端。回收外壳前需对废旧锂电池停止放电预处置前方可拆解,拆解后的塑料及铁外壳能够回收。通常有:机械粉碎与筛分法,即经过机械破碎、过筛、分选出外壳资料;手工拆解,思索到对人体的伤害状况尽量不采用这种办法;低温冷冻后拆解,该工艺技术十分环保,但只能回收局部金属资料和锂盐,回收效率低,无法对塑料完成回收。

2.正端资料的回收

锂离子电池以含锂的化合物作正端,只要锂离子,无金属锂。通常为锰酸锂、钴酸锂、铁锂、镍钴锰酸锂等资料,目前大局部的锂离子电池正端的物质仍采用钴酸锂,因镍钴锰酸锂分离了锰酸锂和钴酸锂两者资料的优势,吸收了众多研讨者的兴味,作为电动自行车和电动汽车的动力电池颇具潜力。

随着这种矿产资源的耗竭,且正端资料占电池总本钱的接近一半,假如将正端资料中的钴、镍、锂等重金属停止回收,变废为宝,完成资料的循环应用,既能够延缓矿产资源危机又完成可持续开展,同时还将带来宏大的经济效益。

3.负端资料的回收

锂电池负端资料的品种繁多:金属资料,如锂金属。无机非金属资料,主要是碳资料、硅资料及其他非金属的复合资料。过渡金属氧化物。目前应用较多的是碳、石墨类和非石墨类碳资料。钛酸锂因具有十分优良的循环寿命、平安性和倍率性能,也可作为负端资料在电动汽车上运用,主要缺点是会降低电池的耗损功率。也有一些公司开发用锡合金作负端资料,但仍处于研讨阶段,应用较少。导电集流体运用厚度7~15m的电解铜箔,故能够回收其中的铜(含量达百分之35左右),关于粘附于其上的碳粉,也可回收用作塑料、橡胶等的添加剂。因而,首先得对废锂电池负端组成资料停止别离,几乎完全完成废锂电池资源化应用。

经过锤振破碎很好的完成碳粉与铜箔间的互相剥离,再依据颗粒间尺寸差和外形差的振动过筛初步别离铜箔与碳粉。铜箔在大于0.250 mm 粒级范围内富集而碳粉在小于0.125 m m 粒径范围内富集,依据粒径不同可直接停止回收应用。

关于粒径为0.125~0.250 mm的破碎颗粒,采用气流分选法完成铜与碳粉间的有分离。经过锤振破碎、振动筛分与气流分选组合工艺可完成废锂电池负端资料中金属铜与碳粉的资源化应用。


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