1.廢鎳氫電池

1.1失效負(fù)極合金粉的回收處理

將失效MH/Ni電池外殼剝開,從電池芯中分選出負(fù)極片,用超聲波震蕩和其它物理方法,得到失效負(fù)極粉,再經(jīng)化學(xué)處理得到處理后的負(fù)極粉,將此負(fù)極粉壓片,在非自耗真空電弧爐中反復(fù)熔煉3～4次。除去熔煉鑄錠表面的氧化層,將其破碎,混合均勻后,用ICP方法測其混合稀土、鎳、鈷、錳、鋁各元素的百分含量,根據(jù)儲氫合金元素流失的不同,以鎳元素的含量為基準(zhǔn),補充其它必要元素,再進行冶煉,最終得到性能優(yōu)良的回收合金。

1.2失效MH/Ni電池負(fù)極合金的回收

將失效負(fù)極粉采用化學(xué)處理的方法,利用處理液對合金表面的浸蝕,破壞合金表面的氧化物,但又要使合金中未氧化的其它元素及導(dǎo)電劑受到的浸蝕影響降至最小。采用05mol?L-1的醋酸溶液,將失效合金粉在室溫下處理0.5h,再用蒸餾水洗滌、真空條件下干燥。結(jié)果看出,AB5型儲氫合金的主體結(jié)構(gòu)沒有變,仍屬于CaCu5型六方結(jié)構(gòu),但負(fù)極粉中Al(OH)3和La(OH)3的雜相基本完全消失,說明這些氧化物經(jīng)化學(xué)處理后,表面的氧化物幾乎完全被溶解掉。將化學(xué)處理后的失效負(fù)極粉與制作電池用的原合金粉以及未經(jīng)化學(xué)處理的失效合金粉,做充放電性能對比，經(jīng)過化學(xué)處理的失效負(fù)極粉的放電比容量比未經(jīng)化學(xué)處理的失效負(fù)極粉高23mAh?g-1,說明經(jīng)過化學(xué)處理以后,由于表面氧化物被大部分除去,使失效負(fù)極粉中儲氫合金的有效成分增加。XPS測試結(jié)果表明,負(fù)極粉表面鎳原子的濃度由化學(xué)處理前的6.79%升高到9.30%,這說明經(jīng)過化學(xué)處理以后,合金的表面形成了具有較高電催化活性的富鎳層,這不但提高了儲氫電極的電催化活性,而且也提供了氫原子的擴散途徑,因而使電極的放電性能提高。但經(jīng)過化學(xué)處理的失效負(fù)極粉與制作電池用的原合金粉相比較,放電比容量仍低90mAh?g-1,一方面可能是由于合金的氧化不僅僅是局限于表面,也可能會深入到合金的內(nèi)部,化學(xué)處理僅僅是將表面的氧化物除去,顆粒內(nèi)部的深層氧化并沒有被完全除去;另一方面可能是由于合金的粉化使比表面積增大,同時使合金與O2反應(yīng)以及受電解液的腐蝕更加容易,兩方面原因共同作用導(dǎo)致合金的放電性能下降。所以,僅僅通過化學(xué)處理的方法并不能使失效負(fù)極恢復(fù)功能,還需進行熔煉處理。

將上述經(jīng)過化學(xué)處理的負(fù)極粉,于非自耗電弧爐中進行第一次冶煉。將所得合金鑄錠拋光,去除表面雜質(zhì)后,分析各元素含量,結(jié)果可以看出合金中的元素含量偏離原合金,鎳含量遠(yuǎn)大于原合金粉中的鎳含量,這是因為在制作電極的過程中加入鎳粉做導(dǎo)電劑,為了有效的利用它,以它為基準(zhǔn),調(diào)整其它元素的含量使其符合組成為MmNi3.5Co0.7Mn0.4Al0.3的各元素的配比,進行第二次冶煉。冶煉后,將得到的合金鑄錠破碎,研磨后,測其結(jié)構(gòu),為CaCu5型,沒有其它雜相生成。

將回收的合金粉做充放電性能測試,可以看出,回收合金粉的放電容量比失效負(fù)極粉高約100mAh?g-1,與原合金粉的放電容量相比基本相同,并且回收合金粉的放電平臺壓比原合金粉的放電平臺壓高約20mV左右,這可能是由于合金回收的過程中經(jīng)過數(shù)次熔煉,使合金的成分和微觀結(jié)構(gòu)得到了改善的原因。

2.廢鋰離子二次電池

采用堿溶解→酸浸出→P204萃取凈化→P507萃取分離鈷、鋰→反萃回收硫酸鈷和萃余液沉積回收碳酸鋰的工藝流程,從廢舊鋰離子二次電池中回收鈷和鋰。實驗結(jié)果表明:堿溶解可預(yù)先除去約90%的鋁,H2SO4+H2O2體系浸出鈷的回收率達到99%以上;P204萃取凈化后,雜質(zhì)含量為Al3.5mg/L、Fe0.5mg/L、Zn0.6mg/L、Mn2.3mg/L、Ca<0.1mg/L;用P507萃取分離鈷和鋰,在pH為5.5時,分離因子βCo/Li可高達1×105;95℃以上用飽和碳酸鈉沉積碳酸鋰,所得碳酸鋰可達零級產(chǎn)品要求,一次沉鋰率為76.5%。

鋰離子二次電池由外殼和內(nèi)部電芯組成,外殼為不銹鋼、鍍鎳金屬鋼殼或塑料外殼;電池的內(nèi)部電芯為卷式結(jié)構(gòu),主要由正極,負(fù)極,隔離膜,電解液組成。一般電池的正極材料由約90%鈷酸鋰活性物質(zhì),7%～8%乙炔黑導(dǎo)電劑和3%～4%有機粘和劑,均勻混合后涂抹于厚度約20μm鋁箔集流體上;電池的負(fù)極由約90%負(fù)極活性物質(zhì)碳素材料,4%～5%乙炔黑導(dǎo)電劑和6%～7%粘和劑均勻混合后涂抹在厚度為15μm銅箔集流體上。正負(fù)極的厚度約0.18～0.20mm,中間用厚度約10μm隔離膜隔開,隔離膜一般用聚乙烯或聚丙烯膜,電解液為六氟磷酸鋰的有機碳酸酯溶液。將廢舊鋰離子二次電池除去包裝及外殼,取出電芯,分離出正極材料。