《废电池污染防治技术政策》背景资料

1《废电池污染防治技术政策》背景材料（2003-11-27）一、电池种类与电池成分（一）电池种类与特性市场上的电池可分为一次电池和二次电池。一次电池包括：锌-二氧化锰电池（即普通的锌锰电池）和碱性锌-二氧化锰电池。锌-二氧化锰电池分为糊式电池（S型）、纸板电池（包括铵型高容量纸板电池（C型）、锌型高功率纸板电池（P型））。碱性锌-二氧化锰电池包括碱锰电池、扣式碱性锌锰电池（俗称扣式电池）、可充碱性锌锰电池。二次电池包括：小型二次电池和铅酸蓄电池。小型二次电池中有镉镍电池、氢镍电池和锂离子电池。此外还有动力电池、燃料电池、太阳能电池、锌镍电池、金属空气电池等。1、锌-二氧化锰电池锌-二氧化锰电池（简称锌锰电池）采用二氧化锰作正极，锌作负极，氧化铵和氯化锌的水溶液作电解质溶液，面淀粉或浆层纸作隔离层。锌锰电池的电解质溶液通常制成凝胶状或被吸收在其他载体上，呈不流动状态，所以又称为“干电池”。锌锰电池根据所用隔离层的不同分为糊式电池（通常在电池型号前加用“S”表示）和纸板电池。纸板电池根据使用电解质溶液的不同又分为铵型纸板电池（通常在电池型号前加用“C”表示）和锌型纸板电池（通常在电池型号前加用“P”表示）。按用电器具的要求锌锰电池常制成圆柱型和方（矩）型，方型电池是由几个锌锰单体电池串联叠合而成的，称为积层电池。锌锰电池放电性能和低温性能较差，容量较低，是电池中档次最低的产品，适用于小电流间歇放电的用电器具。锌锰电池的主要原材料是锌、二氧化锰、氯化铵、氯化锌、乙炔黑、碳棒、铜帽等。2、碱性锌-二氧化锰电池碱性锌-二氧化锰电池是在锌锰电池基础上发展起来的，是锌锰电池的改进2型。可分为碱锰电池（俗称碱性电池）、扣式碱性锌锰电池（俗称扣式电池）和可充电碱性锌锰电池。碱锰电池是采用活性高的专用电解二氧化锰作正极活性物质，氢氧化钾水溶液作为电解质溶液，锌膏作负极，电池采用反极结构。外壳是镀镍钢壳，不参与电化学反应，因此不易发生漏液。大电流放电性能和连续放电性能优越，容量高，低温性能好，是目前碱性锌锰电池中档次最高的产品。通常在电池型号前加“L”表示。用于大电流放电和连续使用的用电器具，如放录机、BP机、照相机、电动玩具等。根据电池中汞含量的高低，分为含汞电池、低汞电池和无汞电池。扣式电池采用电解二氧化锰与石墨混合压成片状正极，氢氧化钾水溶液作电解液，锌粉压成片状作负极，正负极间用隔膜隔开。它的电池容量较小，适用于小电流放电的微型电器，如电子手表、计算器等。可充碱性锌锰电池结构与碱锰电池相同，可充电功能采用改善阴极结构，在正极中掺杂提高二氧化锰的可逆性，控制负极活性物质锌的用量，采用双层隔，防止电池充电时锌晶枝穿透等措施实现。其可充电性能较差，全充放电次数为30次左右，可用于使用碱锰电池的领域。碱性锌-二氧化锰电池的主要原材料是锌粉、电解二氧化锰、石墨、氢氧化钾、钢壳、隔膜等。3、镉镍电池镉镍电池属小型二次充电电池，它由两极板组成，金属镉作负极，氢氧化镍作正极，氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液作电解质溶液，聚酰胺非织布等作隔离层，组装在塑料或镀镍钢壳内。正极活性物质的组成为：Ni(OH)2粉80%，Ba(OH)22%，石墨18%。Ni(OH)2中镍的含量不小于57.5%。负极活性物质由氧化镉、四氧化三铁、石墨粉及25号变压器油组成。氧化镉由金属镉制造，根据对电池的不同要求，负极中镉和铁的含量有不同的比例，分为1:1、1.5:1和4.6:1，由此电池中镉和铁的含量也不尽相同，分别为镉36-42%、44-53%、60-78%；铁32-41%、27-34%、12-17%。镉镍电池的特点是使用温度、湿度的范围广，循环寿命和贮存寿命长。金属镍和金属镉在电池中发生可逆反应，因此电池可以重新充电，能以较大的电流放电。可反复充、放电500次以上，且安全性高。但该电池存在“记忆”效应，如果在充电之前不放电完全的话，电池会将前次沒用完的电储存起來，使电不能3充到饱和，并且含有对环境有害的元素鎘。大型的袋式和开口式镉镍电池主要用于需要高功率放电的工业、军事、航空等领域，圆柱形镉镍密封式电池主要用于电动工具、剃须器和摄像机，小型扣式镉镍电池主要用于小电流低倍率放电的计算器、无绳电话、玩具、助听器等。由于镉镍电池重量大、储备小、污染性强，加之具有记忆效应，正逐步退出电池的主流市场。镉镍电池生产中所用主要原材料是羰基镍粉、氢氧化镍、硝酸镍、硫酸镍、镉、氢氧化钾、穿孔镀镍钢带、钢壳等。4、金属氢化物-镍（MH-Ni）电池MH-Ni电池是一种新型高性能、无污染的碱性可充电电池。以金属氢化物（金属间氢化物）作负极、氢化镍作正极，其单体的标称电压为1.2V。它的内部结构和制造方法与镉镍电池相同，它具有如下优点：①比能量高，约是镉镍电池的1.5-2倍，容量可以提高70-100％，工作时间长；②有良好的耐过充，过放的保护特性；③由于用贮氢合金代替镉作为负电极，消除了镉及其化合物的环境污染；④贮氢材料来源广泛；⑤制造工艺简单；⑥可与镉镍电池互换，是镉镍电池的换代产品。不过氢镍电池和镉镍电池一样，也有记忆功能，但不很明显。近年来随着用电器具对电池工作要求的提高，以及市场竞争的加剧，氢镍电池的性能也不断完善和提高。主要用于移动电话、笔记本电脑、便携式CD、VCD、电话机、摄录机等。金属氢化物-镍（MH-Ni）蓄电池的主要原材料是镍粉、氢氧化镍、硝酸镍、硫酸镍、吸氢合金、钢壳、氢氧化钾、氢氧化钠等。5、锂电池以金属锂或锂的化合物作活性物质的电池通称为锂电池，锂电池分为一次锂电池和二次锂电池。锂电池有很多系列，一次锂电池通常以金属锂作负极，由于锂的化学活泼性很强，极易与水发生反应，所以，锂电池采用的电解质溶液都为非水电解质溶液，在有机溶剂中加入无机盐使之导电。锂电池常用的有机溶剂有碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、乙腈、二甲基甲酰胺等，常用的无机盐有LiClO4、LiBr、LiAsF6、LiBF4等。锂电池有卷式圆柱形、电芯式圆柱形、扣式和矩形等多种结构。卷式圆柱形锂电池结构类似于圆柱形镉镍电池，锂片压在镍网上制成负极，正极一般采用粘4接式电极，聚丙烯毡作隔膜，钢筒作外壳。电芯式锂电池适用于高容量使用的场合，结构类似于圆柱型锌锰电池。扣式锂电池主要用于照相机、计算器等小型电器中，结构与其他扣式电池相近。以金属锂作负极的锂电池安全性较差、功率低、成本高。6、锂离子电池锂离子电池是在锂电池基础上发展起来的新型高能蓄电池。可分为两大类：液态锂离子电池和聚合物锂离子电池（也称固态锂离子电池）。液态锂离子电池技术相对较成熟，已批量生产，目前主要由日本产品控制市场。聚合物锂离子电池是近年开发出的一种新型锂离子电池，我国已将它的产业化列为重点扶持和政策引导对象。液态锂离子电池是将锂或锂合金负极改变成锂离子－碳负极，这种碳是指石油焦碳或石墨。锂钴、锂镍或锂锰等氧化物作正极，正负极之间插入聚丙烯隔膜，电解质溶液是将LiPF6溶解在碳酸乙酯和碳酸甲乙酯的有机混合剂中。锂离子电池可分为非再充电和可再充电电池两种。非再充电电池可以做成世界上最薄的板式电池；可充电电池一般做成筒式。锂离子电池有许多优点。一是负极材料碳不仅来源广泛，更重要的是可以得到高速的放电效果。二是由于锂离子嵌入碳中，可以削弱锂的活性，从而解决锂电池的不安全问题。三是综合性能好，工作电压可以达到3.6伏，是镉镍和氢镍电池的3倍；四是它的循环使用寿命可以达到1200次，是镉镍电池的1.5倍，并具有较宽的工作温度范围，能快速充电，无记忆效应；五是体积小，比氢镍电池小30％，质量轻，比氢镍电池轻50％。可以说锂离子电池是二十一世纪发展的理想电池。但由于正极材料锂钴氧化物的制造成本较高，所以锂离子电池的成本相对较高，单位能量价格是氢镍电池的1.8-2.0倍，若考虑其实际可用容量85%这一因素，则其能量价格为氢镍电池的2.1-2.4倍。此外它的电池内阻大，电池的比容量不够高。小型圆柱形、扣式和口香糖形锂离子电池可用于移动电话、小型摄录机、笔记本电脑。大型电池可用于电动车、航天和储能领域。主要原材料：LiCoO2、LiPF6、碳酸乙酯、碳酸甲乙酯、碳电极、外壳等。由于液态锂离子电池也具有一些不利因素，如：适用的阴极材料的选择有限；液态有机电解质在放电过程中容易分解，产生气体，形成过大的蒸汽压；因过放5电，导致正、负极不能保持适当的平衡，从而使过剩的锂离子在负极没有可嵌入的位置而生成锂枝晶。因此在液态锂离子电池的基础上又出现了新一代锂离子电池：聚合物锂离子电池。它是在1993年由美国Bellcore公司率先报道的。聚合物锂离子电池的基本性能与液态锂离子电池相同，采用锂的氧化物和石墨电极材料，单电池工作电压达3.6V。所不同的是电池内不需要或仅需少量液态电解质，而由固态聚合物电解质起导电作用。其特点是采用塑料制膜技术和层压技术制成较薄的塑料电极膜，具有超轻、超薄、柔性等特点，它的能量密度是镉镍电池的3倍，是氢镍电池的2倍，比液态锂离子电池高30%，它的自放电率为镉镍电池的1/3，氢镍电池的1/5，高达20%/月。由于聚合物电池材料柔软,电池不漏液,易于制成超薄型和任意形状的电池。液态锂离子电池的主要原材料是锂的氧化物、石墨、固态聚合物电解质、金属集流体、铝塑膜等。7、铅酸蓄电池铅酸蓄电池已有100多年的历史，由于价格低廉，该电池仍是目前产量最大的蓄电池。构成铅酸蓄电池的主要部件是正负极板、电解液、隔板、电池槽，此外还有一些零件如端子、连接条、排气栓等。采用二氧化铅作正极活性物质，铅作负极活性物质，硫酸作电解液，微孔橡胶、烧结式聚氯乙烯、玻璃纤维、聚丙烯等作隔板。铅酸蓄电池根据使用范围、外形结构、极板结构、电解液和充电维护等，可分为不同类型。按用途分为起动型、固定型、牵引用、铁路客车用、内燃机车用、船舶用、航空用、鱼雷用、坦克用、矿灯用、航标用等；按极板结构可分为涂膏式、管式和形成式；按荷电状态可分为干放电态、干荷电态、湿荷电态、带液充电态、免维护和少维护蓄电池；按电池盖和排气栓结构分为开口式、排气式、阀控密闭式、防酸隔爆式和防酸消氢式。铅酸蓄电池的主要优点是①比较廉价，在世界范围内均可生产低倍率和高倍率放电的电池，价格是镉镍蓄电池的1/6～1/5；②高倍率放电性能和高低温性能好，可在－40℃～＋60℃条件下工作；③电池电压在实用蓄电池中最高，可达2.2V；④无记忆效应；⑤电能效率高达60％。但其比能量较低，使用寿命较镉镍和铁镍蓄电池短，制成小尺寸比较难，而镉镍碱性扣式电池可制成小于0.5Ah的尺寸。此外由于铅酸蓄电池的主要原材料是铅、锑和硫酸，氢化锑及其它化合物的析出会引起环境公害。6铅酸蓄电池的主要原材料有铅和铅合金：蓄电池活性物质用铅均是电解精制粗铅而得的电解铅，仅含微量杂质，纯度可达99.99%。铅基合金主要制造板栅，蓄电池废极板含Pb70-80%，Sb2-3%，其他为氧、硫(氧化铅、硫酸铅)、水分等；锑：用以配制铅蓄电池板栅合金；硫酸：硫酸在蓄电池中是重要原材料之一。铅膏配方、化成电解液以及蓄电池在运行使用中的电解液都是硫酸配制。铅蓄电池用电解液中硫酸的含量为40-15％，或480g/L-180g/L；活性物质添加剂：有腐植酸、木素及其衍生物、栲胶、合成鞣剂、炭素材料(炭黑、乙炔黑、石墨和活性炭)、短纤维、硫酸钡(负极膨胀剂)；隔板：微孔橡胶隔板和烧结式PVC隔板；电池槽：移动用的电池槽用PP、PE、PPE，固定用的电池槽用改性聚苯乙烯(AS)；封口剂：沥青、环氧树脂。8、锌银电池锌银电池分为锌银扣式电池和锌银二次电池锌银扣式电池用AgO或Ag2O与石墨混合压成片状作正极，锌粉压成片状作负极，正负极间用隔膜隔开。氢氧化钾或氢氧化钠溶液作电解液。该电池适用于小电流连续放电的微型器具，输出电流为微安级，标称电压为1.55V。它的体积较小，与钮扣形状相近，电池的容量也较小，广泛应用于石英电子手表、照相机、计算器、助听器等小型电子器具。主要原材料：锌粉、氧化银、氧化锌、氢氧化钾或氢氧化钠、隔膜等。锌银二次电池（俗称银锌蓄电池）的正极活性物质是银粉，活性银粉的制备