鋰電池電解液的危害處理方法
鋰電池電解液是鋰離子電池的“血液”,在電池中正負極之間起到傳導電子的作用,是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點的保證。電解液一般由高純度的有機溶劑、電解質鋰鹽(六氟磷酸鋰,LiFL6)、必要的添加劑等原料,在一定條件下,按一定比例配制而成的。
①健康危害
侵入途徑:吸入、食入、經(jīng)皮吸收。
健康危害:本品為輕度刺激劑和麻醉劑。吸入后引起頭痛、頭昏、虛弱、惡心、呼吸困難等。液體或高濃度蒸氣有刺激性??诜碳の改c道。皮膚長期反復接觸有刺激性。
②毒理學資料及環(huán)境行為
毒性:估計能通過胃腸道、皮膚和呼吸道進入機體表現(xiàn)為中等度毒性。刺激性比碳酸二甲酯大。
急性毒性:LD501570mg/kg(大鼠經(jīng)口);人吸入20mg/L(蒸氣)&TImes;10分鐘,流淚及鼻粘膜刺激。
生殖毒性:倉鼠腹腔11.4mg/kg(孕鼠),有明顯致畸胎作用。
危險特性:易燃,遇明火、高熱有引起燃燒的危險。其蒸氣比空氣重,能在較低處擴散到相當遠的地方,遇明火會引著回燃。
燃燒(分解)產(chǎn)物:一氧化碳、二氧化碳。
電解液的處理技術
1、液氮條件下回收電解液
童東革在鋰電池回收過程中處理電解液采用碳酸丙烯酯(PC)回收電解質;PC的脫出速率最大,2h后可將電解質完全脫出。為了避免發(fā)生火災和爆炸,在液氮保護下,將廢電池切開,取出活性物質。將活性物質置于PC等電解質溶劑中浸泡一段時間,以浸出電解質,然后在惰性氣氛中過濾。PC可回收,重復使用多次?;厥盏碾娊赓|根據(jù)情況進行純化,回收LiPF6。
2、高溫熱解揮發(fā)電解液
現(xiàn)階段大多實驗研究對電解液的重視不夠,采用高溫熱解或焙燒鋰電池,由于電解液的熱解溫度較低(180C左右),任由電解液自由分解揮發(fā),電解液在熱解過程中生成HF,LiF等有毒氣體,在大規(guī)模鋰電池回收過程中,需要加大對尾氣的二次處理。
3、堿溶液處理
趙東江等采用稀堿水浸泡單體電池,電解液生成的HF會發(fā)生如下反應:HF
+NaOH→NaF+H20,再對電池進行粉碎處理,此種處理方法可以有效減少HF的產(chǎn)生,但是不能實現(xiàn)含氟電解液的回收。
4、NMP處理電解液
液態(tài)的電解液分散吸附于電極和隔膜的空隙中,因此,可選擇適當?shù)娜軇乙腈、N-甲基吡咯烷酮(NMP)]在50C時浸出,將固形物與溶劑分離后,通過減壓蒸餾回收循環(huán)利用溶劑,剩余的則是純電解質。減壓蒸餾的溶劑,沸點應低于電解質鋰鹽的分解溫度(約80C),并且應當是無水操作。按此種方法可以以經(jīng)濟環(huán)保的手段,獲取電解液最大的回收價值。
有機溶劑是電解液的主體部分,與電解液的性能密切相關,一般用高介電常數(shù)溶劑與低粘度溶劑混合使用;常用電解質鋰鹽有高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰等,但從成本、安全性等多方面考慮,六氟磷酸鋰是商業(yè)化鋰離子電池采用的主要電解質;添加劑的使用尚未商品化,但一直是有機電解液的研究熱點之一。
自1991年鋰離子電池電解液開發(fā)成功,鋰離子電池很快進入了筆記本電腦、手機等電子信息產(chǎn)品市場,并且逐步占據(jù)主導地位。目前鋰離子電池電解液產(chǎn)品技術也正處于進一步發(fā)展中。在鋰離子電池電解液研究和生產(chǎn)方面,國際上從事鋰離子電池專用電解液的研制與開發(fā)的公司主要集中在日本、德國、韓國、美國、加拿大等國,以日本的電解液發(fā)展最快,市場份額最大。
國內常用電解液體系有EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC等。不同的電解液的使用條件不同,與電池正負極的相容性不同,分解電壓也不同。電解液組成為lmol/L LiPF/EC+DMC+DEC+EMC,在性能上比普通電解液有更好的循環(huán)壽命、低溫性能和安全性能,能有效減少氣體產(chǎn)生,防止電池鼓脹。EC/DEC、EC/DMC電解液體系的分解電壓分別是4.25V、5.10V。
據(jù)Bellcore研究,LiPF/EC+DMC與碳負極有良好的相容性,例如在LixC6/LiMnO4電池中,以LiPF/EC+DMC為電解液,室溫下可穩(wěn)定到4.9V,55℃可穩(wěn)定到4.8V,其液相區(qū)為-20℃~130℃,突出優(yōu)點是使用溫度范圍廣,與碳負極的相容性好,安全指數(shù)高,有好的循環(huán)壽命與放電特性。