回收废旧电池制备功能材料研究进展

随着社会和科技的不断进步，人类对能源的需求也在不断增加，而电池由于具有贮存能量的特性，给人类生活带来了许多便利，在人们的日常生活中得到了广泛应用。但任何事物都具有两面性，由于人们大量的使用电池，导致废旧电池的数量也在日益增加。同时由于电池中含有大量的金属物质，一旦泄漏进入到环境中，不仅会对自然环境造成破坏，还会进一步危害人体健康。因此，当前我国迫切需要一种新的废旧电池处理技术以解决废旧电池的处置问题。

1 电池的组成及种类

虽然电池的种类繁多，但所有电池的组成结构基本相似，都可分解为以下五部分：正电极、负电极、隔膜、电解质以及外壳[1]。

根据电池完全放电后能否充电继续使用，可将电池分为一次电池和二次电池[2]。一次电池又称原电池，当原电池中的电量耗尽时，不能通过充电的方式恢复其使用性能，主要品种包括普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌汞电池和锂锰电池等。二次电池别名蓄电池，即当电池中的电量耗尽时，可以通过充电的方式再次使用，主要品种包括镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等。常见电池种类及其主要化学物质组成如表1 所示。

表1 常见电池种类及其主要化学物质组成电池类别一次电池（原电池）二次电池（蓄电池）电池品种普通锌锰电池碱性锌锰电池锌汞电池锂锰电池镍镉电池镍氢电池锂离子电池铅酸蓄电池主要化学物质组成MnO2，Zn，NH4Cl，ZnCl2 MnO2，Zn，KOH HgO，Zn，KOH MnO2，Li，LiClOimages/BZ_344_612_1988_619_1992.png4 NiOOH，Cd，KOH Ni（OH）2，储氢合金，KOH LiCoO2或（LiFePO4，LiMn2O4等），C，有机电解质Pb，PbO2，PbSO4，H2SO4

2 废旧电池的回收意义

2.1 环境和人体健康效益

废旧电池成分复杂，不谨慎处理极易危害自然环境及人体健康。在我国，目前废旧电池大多被当作一般废物处理，甚至随意丢弃。由此造成电池中的重金属会从电池中转移出来，进入到自然环境中，对生态环境造成危害[3-4]。有关研究表明，一节废旧的一号电池足以污染1m2范围内的土壤，而一节废旧的纽扣电池更是可以污染600m3的水。进入到自然环境中的一部分重金属随后会随着人的呼吸以及日常生活的饮食进入到人体内，在人体内蓄积。当这些来源于废旧电池中的重金属在人体内蓄积到一定的数量时，就会对人体组织器官造成严重的损伤，导致疾病[5]。废旧电池对环境和人类的危害途径如图1所示。

以日常生活中较为普遍的锂离子电池和锌锰干电池为例，锂离子电池中的Ni 元素和Co 元素具有致癌性、生殖毒性和致突变性，对人体健康极其不利。并且锂离子电池电解质中所含的化学成分，如LiPF6遇水就会生成剧毒物质HF，对水中生物和人的生命安全构成了严重威胁[7]。锌锰干电池中的Mn元素若在人体内蓄积则可对神经系统造成损伤，严重时则会导致面目表情淡漠，并出现沟通障碍的症状；Zn元素在人体内蓄积过量则会使人体的蛋白质变性。此外，在电池含有的诸多重金属元素当中，Hg元素对人体造成的危害最大，Hg元素在人体内蓄积过量会对神经系统和内脏造成严重的损伤[8-9]。

2.2 资源和经济效益

图1 废旧电池对环境和人类危害途径［6］

金属作为一种不可再生资源，储量有限，价格也普遍较高，因此回收废旧电池提取其中的金属也具有一定的资源和经济效益。例如2亿个废旧镍氢电池中可以回收得到1965吨的Ni和337吨的Co[10]。其中金属Ni是生产不锈钢和有色合金的主要原料，然而全球范围内的Ni 储量并不乐观，且Ni 储量的不断降低更是直接导致Ni 价格不断升高。金属Co作为一种非常重要的战略资源，在航天、军事和化工等领域应用广泛。与Ni 相比，Co 更是稀缺资源[11]，由此导致Co 的价格也相对较高，1t Co 的价格甚至可以达到60 万元以上[12]。然而我国对于如此重要的两种金属资源的储量却是十分短缺，需要大量进口维持供给。并且随着新能源汽车的逐渐普及，预计锂离子电池的需求量会出现大幅增长[13]，如果出现Ni 和Co 供给不足的现象，更会导致这两种金属的价格飞速上涨。

3 废旧电池的回收和处理现状

中国是目前世界上电池生产和消费数量最大的国家。据统计，我国每年生产的电池数量超过450亿只，废旧电池的数量每年在30 万吨以上[14]。但由于国家缺少完整的废旧电池回收体系，我国人民对于废旧电池回收的意识十分薄弱以及废旧电池处理行业投资大、利润少等原因[15]，致使我国废旧电池的回收率极低，导致绝大多数的废旧电池被当作一般固体废物进行处理。由此看来，我国废旧电池的回收和处理现状亟需得到改善。因此对于我国来说，开发出一种经济、高效、环保、便捷的废旧电池处理的新技术是十分有必要的。

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