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锂电池电解液的危害处理方法

锂电池电解液是锂离子电池的“血液”,在电池中正负极之间起到传导电子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐(六氟磷酸锂,LiFL6)、必要的添加剂等原料,在一定条件下,按一定比例配制而成的。

锂电池电解液

①健康危害

侵入途径:吸入、食入、经皮吸收。

健康危害:本品为轻度刺激剂和麻醉剂。吸入后引起头痛、头昏、虚弱、恶心、呼吸困难等。液体或高浓度蒸气有刺激性。口服刺激胃肠道。皮肤长期反复接触有刺激性。

②毒理学资料及环境行为

毒性:估计能通过胃肠道、皮肤和呼吸道进入机体表现为中等度毒性。刺激性比碳酸二甲酯大。

急性毒性:LD501570mg/kg(大鼠经口);人吸入20mg/L(蒸气)&TImes;10分钟,流泪及鼻粘膜刺激。

生殖毒性:仓鼠腹腔11.4mg/kg(孕鼠),有明显致畸胎作用。

危险特性:易燃,遇明火、高热有引起燃烧的危险。其蒸气比空气重,能在较低处扩散到相当远的地方,遇明火会引着回燃。

燃烧(分解)产物:一氧化碳、二氧化碳。

电解液的处理技术

1、液氮条件下回收电解液

童东革在锂电池回收过程中处理电解液采用碳酸丙烯酯(PC)回收电解质;PC的脱出速率最大,2h后可将电解质完全脱出。为了避免发生火灾和爆炸,在液氮保护下,将废电池切开,取出活性物质。将活性物质置于PC等电解质溶剂中浸泡一段时间,以浸出电解质,然后在惰性气氛中过滤。PC可回收,重复使用多次。回收的电解质根据情况进行纯化,回收LiPF6。

2、高温热解挥发电解液

现阶段大多实验研究对电解液的重视不够,采用高温热解或焙烧锂电池,由于电解液的热解温度较低(180C左右),任由电解液自由分解挥发,电解液在热解过程中生成HF,LiF等有毒气体,在大规模锂电池回收过程中,需要加大对尾气的二次处理。

3、碱溶液处理

赵东江等采用稀碱水浸泡单体电池,电解液生成的HF会发生如下反应:HF

+NaOH→NaF+H20,再对电池进行粉碎处理,此种处理方法可以有效减少HF的产生,但是不能实现含氟电解液的回收。

4、NMP处理电解液

液态的电解液分散吸附于电极和隔膜的空隙中,因此,可选择适当的溶剂[乙腈、N-甲基吡咯烷酮(NMP)]在50C时浸出,将固形物与溶剂分离后,通过减压蒸馏回收循环利用溶剂,剩余的则是纯电解质。减压蒸馏的溶剂,沸点应低于电解质锂盐的分解温度(约80C),并且应当是无水操作。按此种方法可以以经济环保的手段,获取电解液最大的回收价值。

有机溶剂是电解液的主体部分,与电解液的性能密切相关,一般用高介电常数溶剂与低粘度溶剂混合使用;常用电解质锂盐有高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等,但从成本、安全性等多方面考虑,六氟磷酸锂是商业化锂离子电池采用的主要电解质;添加剂的使用尚未商品化,但一直是有机电解液的研究热点之一。

自1991年锂离子电池电解液开发成功,锂离子电池很快进入了笔记本电脑、手机等电子信息产品市场,并且逐步占据主导地位。目前锂离子电池电解液产品技术也正处于进一步发展中。在锂离子电池电解液研究和生产方面,国际上从事锂离子电池专用电解液的研制与开发的公司主要集中在日本、德国、韩国、美国、加拿大等国,以日本的电解液发展最快,市场份额最大。

国内常用电解液体系有EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC等。不同的电解液的使用条件不同,与电池正负极的相容性不同,分解电压也不同。电解液组成为lmol/L LiPF/EC+DMC+DEC+EMC,在性能上比普通电解液有更好的循环寿命、低温性能和安全性能,能有效减少气体产生,防止电池鼓胀。EC/DEC、EC/DMC电解液体系的分解电压分别是4.25V、5.10V。

据Bellcore研究,LiPF/EC+DMC与碳负极有良好的相容性,例如在LixC6/LiMnO4电池中,以LiPF/EC+DMC为电解液,室温下可稳定到4.9V,55℃可稳定到4.8V,其液相区为-20℃~130℃,突出优点是使用温度范围广,与碳负极的相容性好,安全指数高,有好的循环寿命与放电特性。

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