【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 相關(guān)科研認(rèn)為可以將電池插入銅粉中或者其它能導(dǎo)電的金屬粉末中，以讓電池短路來放電。這種方法優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)低溫失活更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。缺點(diǎn)：危險(xiǎn)性太高；直接短路會(huì)使電池過度放電而發(fā)熱，還會(huì)產(chǎn)生電火花，甚至使電池爆炸。在工業(yè)生產(chǎn)中，這種方法是極度危險(xiǎn)的，是不可行的。 由于供手機(jī)、電腦等便攜設(shè)備電源使用的鋰離子電池所含電量較少，可以將其放入一種電解質(zhì)溶液中以達(dá)到短路放電的效果。在水溶液中短路發(fā)熱，熱量會(huì)迅速被溶液吸收。在本文中選擇NaCl溶液為電解質(zhì)，因?yàn)镹aCl經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，且達(dá)到了綠色環(huán)保的要求。但是廢舊電池中有些電池殼稍有破裂，電解質(zhì)溶液容易泄露，電解質(zhì)鹽LiPF6遇水會(huì)生成HF，而HF是有劇毒，必須得妥善處理。而電解NaCl陽極會(huì)產(chǎn)生NaOH，可與HF中和而避免其污染環(huán)境。電池失活步驟中，將電池分別投入已配好的不同濃度（、）的NaCl溶液中，用數(shù)顯萬用表測(cè)試電池電位，每過一段時(shí)間測(cè)試一次電池電位，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄于表1，依照表1做得時(shí)間電位曲線如圖3所示。 圖2 不同NaCl濃度中電池的放電現(xiàn)象表1 不同NaCl溶液中放電的數(shù)據(jù)記錄NaCl濃度mol/L0min10min30min60min90min150min210min240min270 min300 min圖3 不同濃度的NaCl溶液中放電效果 （2）失活鋰電池外殼包裝的拆解在實(shí)驗(yàn)室回收廢舊鋰離子電池的研究中，大多數(shù)是采用手工的方式將廢舊電池拆解，分離出隔膜、外殼和正負(fù)極片，然后分開處理。而很多科研著建議在工業(yè)領(lǐng)域使用粉碎機(jī)直接粉碎的方法將電池粉碎，而這種方法有個(gè)缺點(diǎn)，將隔膜、外殼、正負(fù)極一起粉碎又將增加多道除雜工序，需要購(gòu)買更多個(gè)設(shè)備，這在人力、物力、財(cái)力方面都需求很大。因此，在工業(yè)上使用人工拆卸也不失為一種好的方法。在電池的拆卸過程中，可以使用電圓鋸（如圖4）切割電池金屬外殼，將外殼回收利用，再將電池內(nèi)部的正負(fù)極分離開來。用這樣的方法來拆卸電池，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，每人每分鐘至少能拆1~2個(gè)電池，一個(gè)小時(shí)便能拆卸近100個(gè)電池，按每天8小時(shí)工時(shí)算，每人每天能拆卸近800個(gè)電池。這樣看來，手工操作效率并不是那么低，反而減少了多道工序，將這幾道工序的人員用到拆卸電池都是綽綽有余，而且減少了購(gòu)買設(shè)備的費(fèi)用與設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，減少了藥品的用量。一種手工的操作不僅沒有成為工業(yè)生產(chǎn)的阻礙，反而成為了一種優(yōu)秀的方法。圖4 拆卸電池用的電圓鋸由此可見，為確保安全。從時(shí)間電位曲線可以看出：（1） NaCl溶液濃度的增加時(shí)，放電速率也隨之增大；（2） 剛開始時(shí)放電速率很快，電位急劇下降，當(dāng)電量放至一定程度之后，電位隨時(shí)間的變化趨于平緩；（3） 從四條曲線可以看出，放電的速率相對(duì)較小，因而消耗的時(shí)間長(zhǎng)，；（4） ，電壓卻降低的很少，從經(jīng)濟(jì)角度考慮。 堿浸工藝的研究堿浸工藝主要針對(duì)正極材料而言，鋰離子電池的正極一般是由活性物質(zhì)涂覆在鋁箔紙上組成的，為了將正極活性物質(zhì)與正極分開，利用堿不會(huì)與正極的活性物質(zhì)反應(yīng)，而鋁作為一種兩性金屬，可以與堿反應(yīng)，氫氧化鈉和鋁的反應(yīng)如下：2A1+2NaOH+2H2O=3H2↑+2NaA1O2用NaOH使鋁溶解，正極活性物質(zhì)則不溶全部成為浸渣，經(jīng)過濾后活性物質(zhì)便可實(shí)現(xiàn)與集流體鋁箔的分離。活性物質(zhì)可通過后續(xù)處理實(shí)現(xiàn)回收與再利用，浸液中的NaAlO2用HCl溶液調(diào)節(jié)pH值，生成Al（OH）3沉淀，而因?yàn)锳l(OH)3的Ksp=1 .31033，鋁可以很完全地沉淀，從而實(shí)現(xiàn)鋁的回收再利用。鋁的溶解速率與效率跟堿液的濃度有關(guān)。為做到節(jié)約資源，必須測(cè)得最佳溶解濃度。本文配制了不同濃度的NaOH溶液，對(duì)等量鋁片的溶解速率做了詳細(xì)探究，探究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2：表2 不同濃度的NaOH溶液中鋁的溶解速率NaOH溶液濃度 鋁的溶解時(shí)間，2h后用肉眼基本上看不到現(xiàn)象 ，半個(gè)小時(shí)后，有少量的鋁溶解 綜上可知： （1） ，鋁溶解緩慢,甚至肉眼看不出有鋁溶解；（2） ，溶解速率緩慢增大，但增幅不太明顯。因此，從節(jié)約資源與工業(yè)效率兩方面同時(shí)考慮下，；(OH)3沉淀，而將其沉淀完之后，剩余的溶液便是NaCl。而電池的失活正好要用到NaCl溶液，為做到綠色、節(jié)約環(huán)保，又可以將回收得到的NaCl溶液重新利用到電池失活步驟中去。電池正極材料主要是鈷酸鋰與粘結(jié)劑均勻涂覆在鋁箔紙上[11]，過量的NaOH溶液堿浸后鋁箔紙溶解并生成NaAlO2與H2，而鈷酸鋰和粘結(jié)劑都不溶于NaOH。過濾后溶液中便是含NaAlO2，而濾渣中含有鈷酸鋰與粘結(jié)劑繼續(xù)進(jìn)行下一步操作。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Al3+，用pH計(jì)測(cè)定溶液pH，緩慢向溶液中加入HCl溶液以沉淀Al3+，得到白色沉淀然后用循環(huán)水式真空泵抽濾得到Al(OH)3白色固體（如圖5）。在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)加入HCl溶液后，會(huì)有白色沉淀生成，當(dāng)加入到一定量之后，沉淀又會(huì)慢慢溶解，直至完全。因此。圖5 Al(OH)3白色固體為了將活性物質(zhì)與粘結(jié)劑等其他不溶物的分離，將得到的正極材料經(jīng)過酸浸處理，金屬離子會(huì)溶于酸溶液從而。正極材料主要成分是Li2CoO2，與HCl溶液反應(yīng)的如下： 8HCl+ 2LiCoO2 = 2LiCl+ Cl2 ↑+ 4H2O + 2CoCl2溶液中的鈷與鋰以離子形式存在，不溶物則可通過過濾除去。鹽酸與鈷酸鋰反應(yīng)劇烈，且是放熱反應(yīng)，為了工業(yè)安全和節(jié)約資源，必須測(cè)得最佳鹽酸酸浸濃度。本文通過不同濃度的HCl溶液對(duì)等量LiCoO2反應(yīng)速率與反應(yīng)劇烈程度做了探究，探究結(jié)果見表3和圖6：表3 不同濃度的HCl溶液與等量LiCoO2反應(yīng)速率比較圖 HCl溶液濃度 LiCoO2溶解時(shí)間與劇烈程度 mol/L 300s mol/L 180s mol/L 70s mol/L 60s 綜上可知：（1） mol/L以下時(shí)，隨著鹽酸濃度的增加反應(yīng)速率也隨之增加；（2） mol/L以上時(shí)，反應(yīng)速率同樣隨濃度的增加而增加， mol/L以上時(shí)反應(yīng)反而太劇烈，且反應(yīng)速率增幅不太明顯； （3）在安全和節(jié)約環(huán)保同時(shí)考慮下， mol/LHCl溶液當(dāng)為最佳酸浸濃度。 圖6 鹽酸酸浸鈷酸鋰劇烈反應(yīng)（左） 反應(yīng)后含鈷的濾液（右）（4）實(shí)驗(yàn)標(biāo)定（氧化鋅），將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)代入公式CCo=（），得CCo=。而由本論文所用的諾基亞電池的容量1020mAh，通過查閱文獻(xiàn)知道正極材料的能量密度為140mAh/g，則這塊電池中鈷酸鋰含量的理論值為1020mAh247。140mAh/g=，（59247。169）=。綜上比較鈷的含量可知：(1) 鈷的回收率為（247。）100％=％； (2) ，則說明在實(shí)驗(yàn)過程中有誤差產(chǎn)生，除了系統(tǒng)誤差之外，還有人為因素，如操作不當(dāng)，試劑外灑等。 為了使鈷離子完全沉淀而其中不混有鋰的沉淀物，相關(guān)科研人員想出了一些方法。比如利用草酸鈷與草酸鋰溶解度的差異，向溶液中滴加草酸溶液，使鈷離子沉淀，而溶液中剩下鋰離子。但這種方法有一個(gè)缺點(diǎn)，我們很難控制好草酸的用量，加多了鋰離子也會(huì)隨之沉淀，加少了溶液中會(huì)殘留有鈷離子沒有沉淀完全。我們都知道，氫氧化鋰是易溶于水的，但在水和堿溶液中氫氧化鈷是不溶的。因此，我們可以想到用調(diào)節(jié)pH的經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，氫氧化鈷從pH的方法將鈷與鋰分開。酸浸后過濾得到的含鈷溶液呈酸性，用pH計(jì)測(cè)定pH，將NaOH溶液緩慢地加入到溶液中。通過實(shí)驗(yàn)可以知道，，過濾后的溶液變?yōu)闊o色透明。在工業(yè)上，但為了不造成太多氫氧化鈉浪費(fèi)，也不能將pH調(diào)到太高。過濾得到的Co（OH）2需用少量蒸餾水清洗2~3次以洗盡Co（OH）2表面殘留的鋰離子，將水洗液倒回含鋰溶液中。氫氧化鈷完全沉淀后用循環(huán)水式真空泵抽濾，得到Co（OH）2紅色晶體（如圖7）。 圖7 紅色氫氧化鈷固體 ，,將含鈷的溶液和含鋰溶液分開，由此可得紅色的Co（OH）2。 沉鋰工藝的研究在沉鈷之后，溶液中還剩有Li+，需將鋰回收也還需將其沉淀。正極材料Li2CoO2是由Co3O4與Li2CO3反應(yīng)制得。Li2CO3微溶于水，但在乙醇與丙酮中卻不溶，且Li2CO3在熱水中的溶解度小于冷水在冷水中的溶解度。根據(jù)Li2CO3這一性質(zhì)，可以向溶液中加入適量Na2CO3溶液 沉淀Li+，為使Li+盡量沉淀完全，還需將溶液加熱并趁熱加入無水乙醇后過濾。過濾得到Li2CO3沉淀后用無水乙醇清洗2~3次方可用于電池正極材料Li2CoO2的制備。而過濾后的剩下的是NaCl溶液中還剩余少許無水乙醇可以通過加熱的方式讓其揮發(fā)除去后回收至消電步驟中當(dāng)電解質(zhì)。 可見回收溶液中的鋰時(shí)一定要利用好Li2CO3微溶于水，不溶于乙醇與丙酮，且Li2CO3在熱水中的溶解度小于冷水在冷水中的溶解度這一性質(zhì)，使Li+完全沉淀。 小結(jié) 本章研究的內(nèi)容主要分為兩部分。第一部分：廢電池的前處理 （1）鋰離子電池的失活處理，即殘余電量的釋放；（2）外殼包裝拆解。 為了避免因拆解不當(dāng)而引起正負(fù)極短路便可能發(fā)生爆炸，甚至火災(zāi)等事故，所以在拆解之前要將廢舊電池放到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且能達(dá)到綠色環(huán)保的NaCl溶液中讓電池失活，實(shí)驗(yàn)測(cè)得。第二部分：貴重金屬的回收與分離 依次經(jīng)過如下五道工藝：（