锂电池的新材料

科技风2016年11月上环境科学4

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锂电池新材料生产废水处理工程设计

李莉 宋海云

南通大恒环境工程有限公司江苏南通226001

摘要：采用反应、压滤、混凝沉淀、升流式厌氧污泥床、接触氧化组合工艺处理锂电池废水，并进行了废水处理系统工程设计。出水达到《污水

综合排放标准》(GB

8978—1996)三级排放标准。该工艺可实现对废水中SOf

^F

^^PO

?-去除，对难降解、溶解性有机污染物及特征污染物的有效

去除，满足废水的达标排放^

关键词：锂电池废水;SO

，、F

产、PO

,离子；污染物；达标

1废水水质水量

江苏某锂电池新材料有限公司主要从事锂离子电池正极材料研发

生产，K

污水来源主要为生产过程产生的生产废水及地面、设备冲洗水。

该公k]生产废水经处观后外排予园区污水厂,根据有关要求，废水经处

X

电后外排水质)、V

:符介《污水综介排放标准》表1中三级标准。具体设计

处理进水考核指标如下表：

表1废水进水水质

Tab.l Effluent water quality of water scale

水量S0/-r

〇P043—

原水水质10003. 5-4. 52500027600

0170260

2废水特性和处理流程

2.1废水特性

根据该公司所提供的废水及前期调研资料可知，该生产废水具有

水量大、CODer

高,硫酸盐浓度高等特点，因此拟釆用物化预处理先去

除S

042_、Fe

2+、P

04%再通过生化处理削减CODcr

的污水处理工艺3

2.1.丨生产废水预处理

根据生产废水中S

042-、Fe

2+、P

043_含’M

高的特性，X

彳TtC

样的反复试

验结果，本设计对生产废水进行针对性的预处理，采用以反应+压滤+

混凝沉淀为主的预处理工艺。

污水首先经过格栅过滤，去除污水中飘浮物，以免堵塞水泵《污水

然后在调节池中聚集。

调节池可对污水迸行水量的调节和均匀水质，减少对核心处理工

电设备所需的碳纤维复合材料，已宣　布放弃核电的德国将成为三菱重要　客户，三菱已在德国增设相关业务部　门，为今后不断扩大的需求提前作准　备。东丽已于２０１１年６）３在韩国设立　碳纤维材料工厂，计划２０１２年开始正　式生产，同时已经确保面积等于８个　东京体育馆的土地，为今后的增资扩　产作准备。　据有关人士分析，今后碳纤维材　料将在航空、环境等领域广泛应用，主　要市场也将从先进国转移至亚洲新兴　国。（商务部网站）　汉高公司在上海设　全球最大粘合剂工厂　据报道，汉高公司８）３　１９日于宣　布全球最大的粘合剂工厂在上海化　学工业园正式启动。此项投资被命名　为“龙项目”，是汉高公司迄今在华投　资最大的项目，固定资产投资总额约　５０００万欧元。整个项目占地１５７／ｍ　，　竣工投产后，总产能可达４２．８万ｔ。其　生产的粘合剂产品主要应用于１７１用　品、金属、包装、印刷、汽车、交通运　输、新能源等领域。“龙项目”计划分　三期开发，一期将于２０１２年第四季度　竣工，届时可实现年产能２７万ｔ。（中　国化工报）　多功能透明钢化玻璃　受青睐　据报道，国外近期研制成功一种　多功能的透明钢化建筑玻璃，备受市　场青睐。该玻璃集防火、耐冲击、防紫　外线等多功能于一体。该产品与原防　火玻璃相比，不会损害透明度；透过　玻璃板与防火涂料层的复合，可调节　耐热性；遭遇火灾时，火焰热接触防　火涂料层，涂料形成气绝层，阻止火　５　撼蓑ＷＳ　盟　焰，发挥耐热防火作用，特别适用于要求防火的玻璃窗、圆屋顶的玻璃屋门罩、玻　璃幕墙、高层建筑用玻璃等。（中国工业报）　复合新材料获政策利好　据报道，已经进入征求意见阶段的　战略性新兴产业发展“十二五”规划》将　“力挺”高性能复合材料产业，重点提升碳纤维、芳纶等高性能纤维及其复合材料　的发展水平。　有关研究报告指出，复合材料应用广泛，主要应用在基础建设和建筑工程、　交通运输、汽车复合材料、能源与环保、航空航天等领域。其中，风电、高铁和汽　车、高温气脱硫、军工用复合材料是发展热点领域。而有专家认为，全球复合材料　行业的重心正从欧美发达国家转向亚洲，亚洲复合材料产量高速增长，到２０１５年　产量有望翻番达到１０００万ｔ，复合新材料产业将从中受益。　２０１０年１０月发布的　国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定　将　新材料列入战略性新兴产业，明确表示要大力发展新型功能材料、先进结构材料　和复合材料，加强纳米、超导、智能等前沿新材料开发和产业化，提高新材料工艺　装备的保障能力。据权威人士介绍，到２０１５年，我国计划突破一批国家建设急需、　引领未来发展的关键共性技术，关键新材料的自给率提高到７０％。而高性能复合　新材料是其中的一个重要领域，也将成为“十二五”国家支持的重点之一。（中国　高新技术产业导报）　我国已成为有机硅材料最大消费国　据报道，目前我国已成为世界有机硅单体生产中心和有机硅材料最大消费　国，在发展战略上，有机硅企业应针对不同市场重点和用途有的放矢地开发特种　有机硅材料。　中国石油和化学工业规划院高级工程师张方在１３前召开的全国精细化工新　技术及新产品发展论坛上表示，我国是有机硅单体生产中心，随着２００２年第一套　５万ｔ级装置实现正常生产，以及技术瓶颈的突破，我国有机硅单体生产发展迅　猛，接近国际水平，２００６年，商务部对部分进口有机硅产品征收５年反倾销税，为　我国有机硅单体生产创造了发展机遇，有机硅单体生产迎来井喷式发展阶段，世　界有机硅单体生产也出现向中国转移的趋势，国际主要生产商纷纷在华投资生　产有机硅单体。据不完全统计，２０１１年我国有机硅单体产能将达到１５０万ｔ以上，　我国将在近期成为有机硅单体最大生产国。　专家表示，目前中国有机硅行业的成长迅速，但是形成完整产业链的企业不　多，产品品种少，低端产品比例高，需要积极开发多种下游产品以满足高端和差　异化的需求，加强应用和改性技术的开发和引进，针对不同的用途重点开发高性　能、专有型有机硅材料，占领高端市场。（中国高新技术产业导报）　锂电池膜材料将加速“国产化”　据报道，“十二五”期间，作为锂电池最核心的材料——隔膜将会加速国产　化。“十二五”期间，新能源汽车市场前景广阔，将带动锂电池等动力电池的需求，　瓤初料产业ＮＯ．

锂电池几种正极材料的优缺点

锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。这些电池内部材料包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料等。其中正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池的性能与价格。因此廉价、高性能的正、负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。负极材料一般选用碳材料，目前的发展比较成熟。而正极材料的开发已经成为制约锂离子电池性能进一步提高、价格进一步降低的重要因素。在目前的商业化生产的锂离子电池中，正极材料的成本大约占整个电池成本的40％左右，正极材料价格的降低直接决定着锂离子电池价格的降低。对锂离子动力电池尤其如此。比如一块手机用的小型锂离子电池大约只需要5克左右的正极材料，而驱动一辆公共汽车用的锂离子动力电池可能需要高达500千克的正极材料。

衡量锂离子电池正极材料的好坏，大致可以从以下几个方面进行评估：（1）正极材料应有较高的氧化还原电位，从而使电池有较高的输出电压；（2）锂离子能够在正极材料中大量的可逆地嵌入和脱嵌，以使电池有高的容量；（3）在锂离子嵌入/脱嵌过程中，正极材料的结构应尽可能不发生变化或小发生变化，以保证电池良好的循环性能；（4）正极的氧化还原电位在锂离子的嵌入/脱嵌过程中变化应尽可能小，使电池的电压不会发生显著变化，以保证电池平稳地充电和放电；（5）正极材料应有较高的电导率，能使电池大电流地充电和放电；（6）正极不与电解质等发生化学反应；（7）锂离子在电极材料中应有较大的扩散系数，便于电池快速充电和放电；（8）价格便宜，对环境无污染。

锂离子电池正极材料一般都是锂的氧化物。研究得比较多的有LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4，LiFePO4和钒的氧化物等。导电聚合物正极材料也引起了人们的极大兴趣。

1、LiCoO2

在目前商业化的锂离子电池中基本上选用层状结构的LiCoO2作为正极材料。其理论容量为274mAh/g，实际容量为140mAh/g左右，也有报道实际容量已达155mAh/g。该正极材料的主要优点为：工作电压较高（平均工作电压为3.7V）、充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高、循环性能好，电导率高，生产工艺简单、容易制备等。主要缺点为：价格昂贵，抗过充电性较差，循环性能有待进一步提高。

2017年第24卷第8期技术与市场

科技前沿

新材料让钠离子电池寿命

可媲美锂电池

锂离子电池虽已用于人们生活的方方面面，但科

学家一直认为，在大规模能量存储方面，钠离子电池

比锂离子电池更安全，成本更低，但因寿命短，短期内

无法应用。日前，中美科学家联合开发出一种新型结

构的硫化锑基负极材料，使硫化锑基钠离子电池由以

前的不超过500个循环提升到900个循环，寿命几乎

可媲美锂电池，且比容量是锂离子电池负极材料（石

墨)容量的1.5倍。相关成果发表在纳米领域顶尖杂

志《

ACS纳米》上。

论文第一作者，华南理工大学环境和能源学院副

教授熊训辉表示，钠离子电池工作原理与锂离子电池

类似，都是利用离子在正负极之间嵌脱过程实现充放

电。但前者因钠资源丰富而成本更低，且因其电压平

台高，安全性更高。不过，由于现有钠离子电极材料

性能不理想，从20世纪80年代至今，寻找合适的电

极材料一直是钠离子电池发展的关键。

熊训辉和美国佐治亚理工学院材料科学与工程

学院教授刘美林等开发出一种简单的方法，即商业硫

化锑与氧化石墨烯于硫化钠溶液后混合，再通过控制

结晶和烧结制备改性石墨烯与纳米硫化锑的复合材

料。该材料和钠片组装成半电池时，在快速充放电

(充放电40

min左右完成）900个循环后容量保持率

仍高达83%。

研究人员通过理论计算证明，改性后的石墨烯对

硫化锑以及其放电产物具有更好的固定作用，能更有

效稳定材料的结构以及防止活性物质从石墨烯上脱

落。与已有报道相比，该复合材料具有钠离子电池锑

基负极材料最好的循环性能，使钠离子电池实现应用

迈近了一'大步。美国研究人员设计新3

D打印方法

可造出微米级物件

据美国加州大学洛杉矶分校官网报道，该校亨利

•萨穆埃利工程与应用科学学院的研究人员近日设

计出一种新的3

D打印方法，可以打印比人的头发丝

还要细小的复杂微观物体，或将在生物医学等多个领

域大有用武之地。这项研究成果发表在《先进材料》