CN101950819A - 一种锂离子动力电池容量恢复的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子动力电池容量恢复的方法。筛选出能继续进行充放电的锂离子动力电池，将筛选出的锂离子动力电池，进行消电后放置到充满惰性气体的手套箱中，注入稳定的有机清洗溶剂，超声振荡，倒出壳体内的液体，将清洗之后的电池进行干燥，之后重新注入电解液，静置1小时～72小时，放在电池充放电机上进行充放电。本发明的方法实现了锂离子动力电池的循环利用，避免了采用湿化学方法可能造成的二次污染；经本发明处理的锂离子动力电池能够恢复到额定容量的50％以上，具有良好的电化学性能和安全性能，工艺简单、生产成本低、见效快，降低了锂离子动力电池生产成本，实现了经济效益与环境社会效益的有机结合。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子动力电池容量恢复的方法。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、循环寿命长等优点。锂离子电池被广泛的应用于移动通讯、笔记本电脑、数码相机等便携装置配套电源。近些年来，随着石油、天然气、煤等化石能源的逐渐消耗，能源和环境问题的日趋严峻，以电池为能源的电动车得到了迅猛的发展，特别是锂离子电池更是电动车发展的一个方向。
相对于锂离子动力电池的迅猛发展而言，失效锂离子动力电池循环利用的研究和开发就显得比较滞后。目前，失效锂离子电池回收主要是将锂离子电池消电、去壳、粉碎之后，利用湿化学方法回收锂离子电极材料中的贵金属。如中国专利CN101673859A介绍了一种从从失效锂离子电池中回收制备钴酸锂电极材料。中国专利CN101359756A中提及了一种从锂离子电池废料中回收磷酸铁锂正极材料的方法。这些方法都只是针对电池中电极材料的回收利用。并没有提及对锂离子电池容量恢复的方法。
Gang Ning等在Journal of Power Sources 117(2003)160-169中总结了锂离子电池容量衰减的原因有以下几种：(1)、金属锂沉积在负极表面；(2)、活性材料在电解液中的溶解；(3)、电解液在正极表面的氧化；(4)、电解液在负极表面的还原；(5)、电解液对集流体的溶解。并且提出了锂离子电池在循环过程中负极材料容量的衰减是锂离子电池容量衰减的主要原因。他们认为，随着循环过程的进行负极材料表面SEI膜不断增厚，电极材料的内阻不断增大(内阻相对于初始的内阻增加了27.7％)，这导致了电池容量的衰减。因此，如何溶解电极表面的SEI膜，重新形成良好的SEI膜是恢复容量的关键所在。Matumura等在J Electrochem Soc 145(1998)：1081中提出SEI膜主要有烷氧基碳酸锂，碳酸锂，LiF等物质组成的。所以，一些稳定的强极性的有机溶剂可以很好的溶解这些物质。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子动力电池容量恢复的方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种锂离子动力电池容量恢复的方法，用以解决锂离子电池容量恢复的问题。此法能够很好的恢复锂离子电池的容量，这样不仅能够降低电池企业的生产成本，更有效的利用资源，而且对环境保护具有重要的意义，初步实现了锂离子动力电池的循环使用。
锂离子动力电池容量恢复的方法，包含如下步骤：
(1)、筛选出能继续进行充放电的汽车动力电池；
(2)、将电池放在电池测试仪上进行1～5次充放电，选出电池容量能够保持在额定容量20％～80％以上的电池；
(3)、将上一步筛选出的锂离子动力电池，进行消电，消电后的电池放置到充满惰性气体的手套箱中，打开锂离子动力电池注液孔，注入10g～10000g稳定的有机清洗溶剂，超声振荡1小时～24小时，倒出壳体内的液体；
(4)、将清洗之后的锂离子汽车动力电池放到真空干燥炉中进行干燥；
(5)、干燥之后的电池，放到充满惰性气体的手套箱中，重新注入电解液，关闭电池注液孔；
(6)、注入电解液之后的电池静置1小时～72小时；
(7)、静止后的锂离子动力电池放在电池充放电机上进行1～5次充放电；
所述的方法，其中步骤2中的筛选电池容量能够保持在额定容量20％～80％以上的电池，用于进行充放电的电流为I1，1mA≤I1≤1000A。
所述的方法，其中步骤3中的注入的稳定的有机清洗剂为有机极性溶剂，包括：碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲基砜、乙腈和乙酸乙酯、甲酸甲酯及其衍生物中的一种或二种以上清洗剂的混合物。
所述的方法，其中步骤4中的真空干燥的温度为T，干燥的时间为t，真空度为P，40℃≤T≤100℃，1h≤t≤1000h，-0.07MPa≤P≤-0.1MPa。
所述的方法，其中步骤5中的惰性气体包括：氮气、氩气、氦气、氢气中的一种或二种以上的混合气体。
所述的方法，其中步骤5中的在手套箱中进行注液，注入电池壳中电解液的质量为m，10g≤m≤10000g；
所述的方法，其中步骤7中的在充放电机上进行充放电的电流为I2，1mA≤I2≤1000A。
本发明提供的锂离子动力电池容量恢复的方法所带来的有益效果是，实现了锂离子动力电池的循环利用，避免了采用湿化学方法可能造成的二次污染；经本发明处理的锂离子动力电池能够恢复到额定容量的50％以上，具有良好的电化学性能和安全性能；该方法工艺简单、生产成本低、见效快，降低了锂离子动力电池生产厂家的电池生产成本，实现了经济效益与环境社会效益的有机结合。
具体实施方式
实施例1
循环600次的100AH的锂离子动力电池，从中筛选出能继续进行充放电的汽车动力电池。将筛选出的锂离子动力电池放在电池充放电机上进行1次充放电，测试出锂离子动力电池容量。选出电池容量能够保持在20AH的锂离子动力电池；将筛选出的锂离子动力电池，进行消电处理，消电后的锂离子动力电池放置到充满氮气的手套箱中，打开锂离子动力电池注液孔，注入1000g N，N-二甲基甲酰胺溶剂，超声振荡1小时，倒出电池壳体内部的混合液体；将真空干燥炉的温度调至40℃，用真空泵将干燥炉的真空度抽至-0.1Mpa，干燥24小时。干燥之后的电池，重新放到充满氮气的手套箱中，重新注入500g新的电解液，关闭电池注液孔；将锂离子动力电池静置5小时之后，安装到电池充放电机上进行1次充放电。测试出的锂离子电池的容量为78.9AH。能够恢复到电池额定容量的78.9％。
实施例2
循环500次的100AH的锂离子动力电池，从中筛选出能继续进行充放电的汽车动力电池。将筛选出的锂离子动力电池放在电池充放电机上进行2次充放电，测试出锂离子动力电池容量。选出电池容量能够保持在75AH的锂离子动力电池；将筛选出的锂离子动力电池，进行消电处理，消电后的锂离子动力电池放置到充满氮气的手套箱中，打开锂离子动力电池注液孔，注入5000g四氢呋喃溶剂，超声振荡5小时，倒出电池壳体内部的混合液体；将真空干燥炉的温度调至45℃，用真空泵将干燥炉的真空度抽至-0.1Mpa，干燥8小时。干燥之后的电池，重新放到充满氮气的手套箱中，重新注入550g新的电解液，关闭电池注液孔；将锂离子动力电池静置6小时之后，安装到电池充放电机上进行2次充放电。测试出的锂离子电池的容量为91AH。能够恢复到电池额定容量的91％。
实施例3
循环400次的100AH的锂离子动力电池，从中筛选出能继续进行充放电的汽车动力电池。将筛选出的锂离子动力电池放在电池充放电机上进行3次充放电，测试出锂离子动力电池容量。选出电池容量能够保持在80AH的锂离子动力电池；将筛选出的锂离子动力电池，进行消电处理，消电后的锂离子动力电池放置到充满氮气的手套箱中，打开锂离子动力电池注液孔，注入4000g二甲基砜溶剂，超声振荡6小时，倒出电池壳体内部的混合液体；将真空干燥炉的温度调至50℃，用真空泵将干燥炉的真空度抽至-0.08Mpa，干燥9小时。干燥之后的电池，重新放到充满氮气的手套箱中，重新注入600g新的电解液，关闭电池注液孔；将锂离子动力电池静置7小时之后，安装到电池充放电机上进行3次充放电。测试出的锂离子电池的容量为92.3AH。能够恢复到电池额定容量的92.3％。
实施例4
循环500次的160AH的锂离子动力电池，从中筛选出能继续进行充放电的汽车动力电池。将筛选出的锂离子动力电池放在电池充放电机上进行5次充放电，测试出锂离子动力电池容量。选出电池容量能够保持在120AH的锂离子动力电池；将筛选出的锂离子动力电池，进行消电处理，消电后的锂离子动力电池放置到充满氮气的手套箱中，打开锂离子动力电池注液孔，注入6000g乙腈溶剂，超声振荡7小时，倒出电池壳体内部的混合液体；将真空干燥炉的温度调至55℃，用真空泵将干燥炉的真空度抽至-0.09Mpa，干燥10小时。干燥之后的电池，重新放到充满氮气的手套箱中，重新注入1000g新的电解液，关闭电池注液孔；将锂离子动力电池静置8小时之后，安装到电池充放电机上进行5次充放电。测试出的锂离子电池的容量为142.6AH。能够恢复到电池额定容量的89.1％。
实施例5
循环500次的160AH的锂离子动力电池，从中筛选出能继续进行充放电的汽车动力电池。将筛选出的锂离子动力电池放在电池充放电机上进行4次充放电，测试出锂离子动力电池容量。选出电池容量能够保持在125AH的锂离子动力电池；将筛选出的锂离子动力电池，进行消电处理，消电后的锂离子动力电池放置到充满氮气的手套箱中，打开锂离子动力电池注液孔，注入3000g乙腈和乙酸乙酯的混合溶剂，超声振荡8小时，倒出电池壳体内部的混合液体；将真空干燥炉的温度调至60℃，用真空泵将干燥炉的真空度抽至-0.08Mpa，干燥10小时。干燥之后的电池，重新放到充满氮气的手套箱中，重新注入1100g新的电解液，关闭电池注液孔；将锂离子动力电池静置9小时之后，安装到电池充放电机上进行3次充放电。测试出的锂离子电池的容量为148.3AH。能够恢复到电池额定容量的92.7％。
实施例6
循环500次的10AH的锂离子动力电池，从中筛选出能继续进行充放电的汽车动力电池。将筛选出的锂离子动力电池放在电池充放电机上进行2次充放电，测试出锂离子动力电池容量。选出电池容量能够保持在6AH以上的锂离子动力电池；将筛选出的锂离子动力电池，进行消电处理，消电后的锂离子动力电池放置到充满氮气的手套箱中，打开锂离子动力电池注液孔，注入10g乙腈和乙酸乙酯、甲酸甲酯的混合溶剂，超声振荡1小时，倒出电池壳体内部的混合液体；将真空干燥炉的温度调至100℃，用真空泵将干燥炉的真空度抽至-0.07Mpa，干燥1小时。干燥之后的电池，重新放到充满氩气的手套箱中，重新注入1g新的电解液，关闭电池注液孔；将锂离子动力电池静置1小时之后，安装到电池充放电机上进行3次充放电。测试出的锂离子电池的容量为8.6AH。能够恢复到电池额定容量的86％。
实施例7
循环500次的400AH的锂离子动力电池，从中筛选出能继续进行充放电的汽车动力电池。将筛选出的锂离子动力电池放在电池充放电机上进行2次充放电，测试出锂离子动力电池容量。选出电池容量能够保持在320AH以上的锂离子动力电池；将筛选出的锂离子动力电池，进行消电处理，消电后的锂离子动力电池放置到充满氮气的手套箱中，打开锂离子动力电池注液孔，注入10000g乙腈溶剂，超声振荡24小时，倒出电池壳体内部的混合液体；将真空干燥炉的温度调至80℃，用真空泵将干燥炉的真空度抽至-0.1Mpa，干燥1000小时。干燥之后的电池，重新放到充满氩气的手套箱中，重新注入10000g新的电解液，关闭电池注液孔；将锂离子动力电池静置72小时之后，安装到电池充放电机上进行3次充放电。测试出的锂离子电池的容量为380。能够恢复到电池额定容量的95％。
Claims (7)
1.一种锂离子动力电池容量恢复的方法，其特征在于，工艺过程依次包括以下步骤：
(1)、筛选出能继续进行充放电的汽车动力电池；
(2)、将锂离子动力电池放在电池充放电机上进行1～5次充放电，选出电池容量能够保持在额定容量20％～80％以上的电池；
(3)、将上一步筛选出的锂离子动力电池，进行消电，消电后的电池放置到充满惰性气体的手套箱中，打开锂离子动力电池注液孔，注入10g～10000g稳定的有机清洗溶剂，超声振荡1小时～24小时，倒出壳体内的液体；
(4)、将清洗之后的锂离子动力电池放到真空干燥炉中进行干燥；
(5)、干燥之后的电池，放到充满惰性气体的手套箱中，重新注入新的电解液，关闭电池注液孔；
(6)、注入电解液之后的电池静置1小时～72小时。
(7)、静止后的锂离子动力电池放在电池充放电机上进行1～5次充放电。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池容量恢复的方法，其特征在于，筛选电池容量能保持在额定容量20％～80％以上的电池，用于进行充放电的电流为I1，1mA≤I1≤1000A。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池容量恢复的方法，其特征在于，所述的惰性气体包括：氮气、氩气、氦气、氢气中的一种或二种以上的混合气体。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池容量恢复的方法，其特征在于，注入的稳定的有机清洗剂为有机极性溶剂，包括：碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲基砜、乙腈和乙酸乙酯、甲酸甲酯及其衍生物中的一种或二种以上清洗剂的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池容量恢复的方法，其特征在于，真空干燥的温度为T，干燥的时间为t，真空度为P，其中40℃≤T≤100℃，1h≤t≤100h，-0.07MPa≤P≤-0.1MPa。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池容量恢复的方法，其特征在于，在手套箱中进行注液，注入电池壳内电解液的质量为m，1g≤m≤10Kg。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池容量恢复的方法，其特征在于，锂离子动力电池静止1小时～72小时后，进行充放申的电流为I2，1mA≤I2≤1000A。
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