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萬(wàn)萬(wàn)不可大意鋰電池的污染問(wèn)題

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2666次  |  2019年01月11日  

據(jù)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示,2017年中國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售了2887.89萬(wàn)輛,蟬聯(lián)世界第一,同比漲幅3%,全國(guó)汽車(chē)保有量已經(jīng)向2億輛逼近。


去年全球汽車(chē)總銷(xiāo)量在9千萬(wàn)輛左右,算下來(lái)世界每賣(mài)3輛車(chē)就有1輛被中國(guó)人買(mǎi)走,從保有量占比看,也在15%左右。


接下來(lái)緊迫的問(wèn)題是,鋰電池報(bào)廢期臨近,怎樣防止大量的報(bào)廢電池污染問(wèn)題。


與鉛酸電池等傳統(tǒng)電池相比,鋰動(dòng)力電池具有更好的電能優(yōu)勢(shì),同時(shí)它又不含鉛、鎘等對(duì)人類(lèi)和環(huán)境具有重大危害的重金屬,被許多業(yè)內(nèi)人士津津樂(lè)道也在此,但這并不意味著它沒(méi)有潛在的環(huán)境污染威脅。


鋰動(dòng)力電池的污染威脅,在于它報(bào)廢之后的后端處理環(huán)節(jié)。如果回收處置不當(dāng),它也極有可能重蹈當(dāng)年鉛酸電池覆轍,對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。


多方資料顯示,盡管鋰動(dòng)力電池不含廣受詬病的鉛、鎘等重金屬,但從技術(shù)工藝上來(lái)講,除了“鋰”,它的電解液中,仍然有鎳、鈷、錳等重金屬,電解液,含氟有機(jī)物也有污染。此外,報(bào)廢之后,它仍有300-1000V不等的高壓,在回收、拆解、處理過(guò)程中操作不當(dāng),還是可能會(huì)有起火爆炸、重金屬污染、有機(jī)物廢氣排放等多種問(wèn)題。


以鋰動(dòng)力電池電解液中的六氟磷酸鋰為例,它在空氣環(huán)境中容易水解產(chǎn)生五氟化磷、氟化氫等有害物質(zhì),對(duì)人體、動(dòng)植物有強(qiáng)烈腐蝕作用,因此要特別注意溶劑和六氟磷酸鋰的處理。


鋰電池在資源再生循環(huán)利用過(guò)程中,經(jīng)過(guò)熱解、粉碎等物理預(yù)處理和浸出、萃取等化學(xué)處理后,只能得要鎳、鈷、錳萃余液,要想進(jìn)一步提純,必須引入大量的氨水來(lái)進(jìn)行處理,如此一來(lái),必然排出有害的含氨廢液。


進(jìn)一步,過(guò)量的含氨廢液排入水體,將導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化,造成水中生物大量死亡,而高濃度氨氮廢水被氧化生成的硝酸鹽和亞硝酸鹽則對(duì)人類(lèi)的健康造成極大的威脅。


更為致命的是,動(dòng)力電池報(bào)廢高峰,也將在隨后幾年到來(lái)。


據(jù)中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心預(yù)測(cè),到2020年,中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池累計(jì)報(bào)廢量將達(dá)到12萬(wàn)—17萬(wàn)噸。而其他研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)則更高,屆時(shí)報(bào)廢量將超過(guò)24.8萬(wàn)噸,這大約是2016年報(bào)廢量的20倍。


中國(guó)首批動(dòng)力電池將會(huì)在2018年前后出現(xiàn)大規(guī)模退役,在未來(lái)3到4年內(nèi),動(dòng)力鋰電池將會(huì)出現(xiàn)“報(bào)廢潮”。


“數(shù)量非常大,而且動(dòng)力電池和一般的日用電池完全是兩個(gè)數(shù)量級(jí)的概念。”國(guó)家新能源汽車(chē)技術(shù)創(chuàng)新工程專(zhuān)家組組長(zhǎng)王秉剛此前對(duì)記者說(shuō),與相對(duì)環(huán)保的生產(chǎn)環(huán)節(jié)不同,后期“一旦處理不好,有可能是一場(chǎng)新的環(huán)保災(zāi)難?!?/span>


這也對(duì)鋰動(dòng)力電池的回收,提出了新挑戰(zhàn)。


實(shí)際上,討論鋰電池含有毒物質(zhì)多少和污染問(wèn)題,還是主要看生產(chǎn)企業(yè)的管控。比如,生產(chǎn)化學(xué)農(nóng)藥的管控的好,同樣很好。相反,生產(chǎn)鋰電池的企業(yè)不加管控,那也不能忽視。


從鋰電池各個(gè)成份對(duì)人體毒性上看鋰電池的污染問(wèn)題。其組成有以下幾種:


1.正負(fù)極集流體。正極用鋁箔,負(fù)極用銅箔,還可能焊一些鎳帶做連接導(dǎo)電用。這些基本沒(méi)有毒性。現(xiàn)在出現(xiàn)的一些廢舊鋰電池回收單位就是靠回收這些和鋼殼鋁殼掙錢(qián)??苫厥绽茫瑹o(wú)污染。


2.負(fù)極材料。一般是石墨,少數(shù)可能是鈦酸鋰或是硅基材料。石墨分為,天然石墨和人造石墨,天然石墨來(lái)源于石墨礦,然后再進(jìn)行一些加工,這個(gè)天然石墨的開(kāi)采,污染還是比較嚴(yán)重的,主要是對(duì)呼吸道的損壞。人造石墨,是用石油焦或是瀝青等高分子物高溫石墨化制成,基本無(wú)污染。中度污染,回收情況不明。


3.正極材料。目前的正極有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料、鈷酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰。磷酸鐵鋰,一般用作汽車(chē)電池或是儲(chǔ)能電池,無(wú)毒性。錳酸鋰,電動(dòng)自行車(chē)電池,無(wú)毒性。三元材料:鎳鈷錳酸鋰,用途廣泛,電動(dòng)自行車(chē)、電子產(chǎn)品、航模等,鈷元素有毒。鈷酸鋰,數(shù)碼類(lèi)的產(chǎn)品,手機(jī)、pad等,中等毒性。


4.電解液。為有機(jī)溶劑和鋰鹽組成,有機(jī)溶劑一般有PC、EC、DEC、DMC、DME等,其中DMC為微度,其他是無(wú)毒。鋰鹽是六氟磷酸鋰(用的最多,也有其他鋰鹽),遇水則水解生成HF,有毒。


5.外殼。有幾大類(lèi):鋁殼、鋼殼、塑料殼、鋁塑膜。其中鋁殼、鋼殼無(wú)毒。塑料殼和鋁塑膜則是白色污染。


6.隔膜。一般是聚烯烴類(lèi)的微孔薄膜,PP、PE,白色污染。


7.粘結(jié)劑。目前一般有丁苯橡膠SBR、聚偏氟乙烯PVdF、還有一些丙烯酸類(lèi)的粘結(jié)劑由,有白色污染。


8.溶劑。鋰電加工過(guò)程中使用到的物質(zhì)主要是NMP(微毒),用作是正負(fù)極的溶劑,在制造過(guò)程中蒸發(fā)掉,企業(yè)需要控制其排放量,并且回收。


目前鋰電存在的污染問(wèn)題主要有三大類(lèi):


第一、生產(chǎn)過(guò)程中清洗正負(fù)極制漿的設(shè)備和涂布設(shè)備造成的污染,這兩個(gè)是包括正極負(fù)極材料、NMP、膠等物質(zhì),一些企業(yè)控制不好,導(dǎo)致含毒廢水泄露。


第二、生產(chǎn)過(guò)程中清洗注電解液時(shí)的用品,可能導(dǎo)致含電解液的水流入下水道。一般情況下,技術(shù)研發(fā)人員很可能將水直接排入下水道。


第三、NMP回收不徹底


理論上是都可以回收,實(shí)際上動(dòng)力電池回收沒(méi)有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。世界著名的材料化學(xué)、熔鹽物理化學(xué)、電化學(xué)專(zhuān)家DonaldSadoway舉例說(shuō),“平時(shí)的食品飲料罐很多都用鋁包裝,鋁的回收是很容易的。但是,造一架飛機(jī)寧肯用新的鋁,也不會(huì)用回收的鋁。因?yàn)榛厥盏匿X里面會(huì)有很多雜質(zhì),把雜質(zhì)去除所花的成本要比用新的鋁還貴,所以從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)說(shuō)直接就用新的材料。目前主流的鋰電池里面的分子、層次、結(jié)構(gòu)太復(fù)雜,回收可能是可以回收,但是要把這么復(fù)雜的結(jié)構(gòu),把里面有用的成分提取出來(lái),循環(huán)使用,本身這個(gè)成本就很高。


大家都在提資源循環(huán)利用也許是因?yàn)榛趲讉€(gè)假設(shè):第一,地球上的資源有限,第二,廢料可能不加以循環(huán)利用,就會(huì)成為垃圾,而垃圾的填埋跟著就成為一個(gè)大問(wèn)題。但是,很多時(shí)候也需要綜合地去考慮問(wèn)題,有些可能還不如不循環(huán)利用來(lái)得好。


目前電動(dòng)汽車(chē)使用的鋰電池結(jié)構(gòu),可能就需要在最初設(shè)計(jì)的時(shí)候進(jìn)行創(chuàng)新,把它的循環(huán)利用考慮進(jìn)去,結(jié)構(gòu)不要這么復(fù)雜,能用更方便、更低的成本去回收循環(huán)利用,這樣問(wèn)題才能得到解決。


比較起來(lái),鉛酸電池的回收工藝就簡(jiǎn)單的多,所以現(xiàn)在一個(gè)有趣的現(xiàn)象是,小區(qū)里便宜的鉛酸電池電動(dòng)車(chē)要小心被盜,比較貴的鋰電電動(dòng)車(chē)沒(méi)人偷,因?yàn)闆](méi)有人收鋰電池。


如果報(bào)廢的動(dòng)力電池沒(méi)人回收,最后的結(jié)果可能就是當(dāng)做垃圾填埋,這樣一來(lái),鋰電池的污染就比鉛酸電池大多了。

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