廢舊鋰離子電池對環(huán)境污染的分析與對策

近年來，鋰離子電池應(yīng)用廣泛，產(chǎn)量和消費(fèi)量逐年大幅度增長，廢舊鋰離子電池的處理問題已引起人們的廣泛關(guān)注。 
由于鋰離子電池中不含汞、鎘、鉛等毒害大的重金屬元素，因此，常被認(rèn)為是綠色電池，對環(huán)境的污染程度相對較小。但鋰離子電池的正負(fù)極材料、電解質(zhì)溶液等物質(zhì)對環(huán)境和人體健康還是有很大影響。據(jù)報(bào)道，美國已將銼離子電池歸類為一種包括易燃性、浸出毒性、腐蝕性、反應(yīng)性等有毒有害性的電池，是各類電池中包含毒害性物質(zhì)最多的電池。因此，如將廢舊鏗離子電池采取與生活垃圾同樣的終極處理方法（包括填埋、焚燒、堆肥等），其中的鈷、鎳、鋰、錳等金屬以及無機(jī)、有機(jī)化合物必將對大氣、水、土壤造成嚴(yán)重的污染，具有極大的危害性。 
作為一種廣泛使用的能源產(chǎn)品，人們較多地關(guān)注鋰離子電池的安全性問題，而對廢舊鋰離子電池潛在的環(huán)境污染問題討論相對較少。本文較詳盡地分析了鋰離子電池各類組成物質(zhì)的潛在環(huán)境污染，為制定綜合利用廢舊鋰離子電池、防治污染對策提供依據(jù)。 
2廢舊鋰離子電池的潛在環(huán)境污染分析 
鋰離子電池的外殼多為鋼或含鎳不銹鋼，分為圓柱形和方形。電池內(nèi)部為卷式結(jié)構(gòu)，由正極、負(fù)極和含鋰鹽的有機(jī)溶液組成（含LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3等鋰鹽）。正極材料由含鋰化物粉（LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4）、導(dǎo)電碳粉、粘合劑和鋁箔等粘合而成。負(fù)極材料是由石墨或無定形碳的鋰離子嵌入化合物、粘合劑和銅箔粘合而成。 
廢舊鋰離子電池中既有原有組成物質(zhì)，又有沖放電過程中副反應(yīng)產(chǎn)生的新物質(zhì)，廢舊電池被丟棄在環(huán)境中，因各種原因破裂而使電池中的物質(zhì)進(jìn)入到環(huán)境中，造成環(huán)境污染。下面分別對廢舊鋰離子電池中常用組成材料的潛在環(huán)境污染進(jìn)行分析（表1～4），各表中的主要化學(xué)特性都是從各物質(zhì)的MSDS（Material Safety Data Sheet）表中獲得。 
表1電極材料的化學(xué)特性與潛在污染性 


表2電解質(zhì)的化學(xué)特性與潛在污染性 


表3溶劑的化學(xué)特性與潛在污染性 


表4其它材料的化學(xué)特性與潛在污染性 

由表1可見，廢舊鋰離子電池的電極材料進(jìn)入環(huán)境中，可與環(huán)境中其它物質(zhì)發(fā)生水解、分解、氧化等化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生重金屬離子、強(qiáng)堿和負(fù)極碳粉塵，造成重金屬污染、堿污染和粉塵污染。 
表2分析表明，廢舊鋰離子電池的電解質(zhì)進(jìn)入環(huán)境中，可發(fā)生水解、分解、燃燒等化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生HF、含砷化合物和含磷化合物，造成氟污染和砷污染。表3分析顯示，廢舊鋰離子電池的溶劑經(jīng)過水解、燃燒分解等化學(xué)反應(yīng)，生成甲醛、甲醇、乙醛、乙醇、甲酸等小分子有機(jī)物，這些小分子物質(zhì)易溶于水，可造成水源污染。 
由表4可見，電池中其它物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境中可造成有機(jī)物污染和氟污染。 
另外，電池在使用過程中因副反應(yīng)而產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，如溶劑分解產(chǎn)物有丙烯（Propylene）、乙二醇（Glycol）、乙烯（Ethylene）、乙醇（Ethanol）等，電解質(zhì)與正極電極作用的副產(chǎn)物有HF、LiF、（CH2OCO2Li）2CH3OCO2Li、CH4、CO、CH3OH等，負(fù)極同電解質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)的產(chǎn)物，電極在預(yù)處理過程中加入的添加劑等，所有這些物質(zhì)可直接或間接地造成環(huán)境污染。 
上述分析表明，廢舊鋰離子電池中的物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境中可造成重金屬鎳、鈷污染（包括砷），氟污染，有機(jī)物污染，粉塵和酸堿污染。廢舊鋰離子電池的電解質(zhì)及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，如LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、HF、P2O5等，溶劑及其分解和水解產(chǎn)物，如DME、甲醇、甲酸等，都是有毒有害物質(zhì)，可造成人身傷害，甚至死亡。因此，隨著我國鋰離子電池使用量的逐年增加，應(yīng)盡快開展回收和綜合處理廢舊鋰離子電池工作，防止廢舊鋰離子電池污染環(huán)境，保護(hù)人民身體健康。 
3對策措施和建議 
目前，廢舊鋰離子電池回收綜合利用處理工藝已在美國、日本等發(fā)達(dá)國家建成，而我國廢舊鋰離子電池的回收工作才剛剛開始，國家環(huán)境保護(hù)總局組織制定并降雨近期正式頒布的《廢電池污染防治技術(shù)政策》中，已經(jīng)明確指出，應(yīng)該對廢舊鋰離子電池進(jìn)行回收（國家環(huán)境保護(hù)總局、國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部文件，環(huán)發(fā)[2001]199號）。由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)等方面的原因，我國短期內(nèi)還不能建立相應(yīng)的回收綜合利用工藝，因此，根據(jù)我國實(shí)際情況，可采取以下措施減少廢舊鋰離子電池流失到環(huán)境中。 
（1）鼓勵(lì)電池生產(chǎn)廠開發(fā)用無危害、無污染原料生產(chǎn)鋰離子電池技術(shù)。 
（2）盡快建立廢舊鋰離子電池回收系統(tǒng)，避免廢舊電池流失到環(huán)境中，同時(shí)為綜合利用處理工藝提供充足原料。 
（3）國家盡快通過行政立法形式制定有關(guān)鋰離子電池的法律法規(guī)，對鋰離子電池的生產(chǎn)、銷售、回收和管理監(jiān)督等行為進(jìn)行規(guī)范；對從事廢舊鋰離子電池回收和處理的單位給予貸款、免減稅等扶持政策。 
（4）開發(fā)廢舊鋰離子電池?zé)o害化處理工藝，回收其中有用的組分，如電極材料、電解質(zhì)和溶劑等。