CN105665309B - 一种锂离子电容器的梯次利用的筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电容器梯次利用的筛选方法，包括：(1)、拆解PACK模组：得锂离子电容器最小单元，为锂离子电容器单体或最小标准模组；(2)、检查外观；(3)、初次筛选：锂离子电容器最小单元容量为标称容量的80％及以上；(4)、分级评选：根据容量进行分级，分别进入步骤(5)，步骤(6)；(5)、二次筛选：模组中的所有电芯均达到其额定电压±0.5V，进入步骤(7)；(6)、重组模组：恒流充电，单体达到额定电压±0.5V，进入步骤(7)；(7)、装配PACK模组：根据分级，将合格的锂离子电容器最小单元装配成PACK模组，进入不同二次利用领域使用。本发明方法简单，操作简捷、可行性高、经济有效。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电容器的梯次利用的筛选方法，即将高要求的锂离子电容器回收后经过一系列筛选处理用于低要求的领域。
背景技术
锂离子电池等动力电池随着使用次数的增加而衰减，当动力电池性能下降到原性能的80％时，将达不到电动汽车的使用要求。剩余的70％～80％的容量依旧可以应用于储能或低速短距离电动车等要求降低些的行业，而且锂电池中含有高价值的钴镍锰等金属以及有机电解液，若将其废弃，将会对环境产生严重污染。
因此我们应该避免重蹈铅酸蓄电池回收的不足所带来的资源浪费和环境污染的覆辙，应该重视锂电池的回收和梯次利用。然而，目前锂电池的回收技术线路比较复杂，价格昂贵；随着应用范围扩大，资源枯竭，未来必将不再是资源的开发而是回收再利用。另外，锂电池的梯次利用依旧处于概念上，现阶段的研究处于初步阶段，尚未有成熟的技术或产品出现。因此，目前锂电池的梯次利用和回收利用的形势，随着大批量电池的废弃，变得越来越严峻，亟待国家出台相关支持政策和企业的全力配合。
锂离子电容器是一种新兴的新能源储能器件，是锂离子电池与超级电容器混合结构。负极采用锂离子电池的负极，活性物质主要是硬碳等碳材料及少量的锂盐；正极采用超级电容器的正极，活性物质主要是活性炭等碳材料。锂离子电容器相比于锂离子电池和铅酸蓄电池，具有高功率密度，3～6Kw～kg；锂离子电容器相比于超级电容器，具有高能量密度，15～25Wh/L.(0.6Ah～1.5Ah)，而且具有长达10年的使用寿命，因此有必要考虑锂离子电容器的梯次利用，比如应用于AGV小车等领域的高要求锂离子电容器模组经过筛选、分级、重组等过程，重新应用于电梯等的低要求领域；将无法满足要求的锂离子电容器直接做报废处理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种锂离子电容器的梯次利用的筛选方法，以增加锂离子电容器的利用率，节约能源。
如图1所示的锂离子电容器交流内阻(ACR)与容量(Q)的关系示意图，可以发现锂离子电容器的容量和内阻的变化在初始阶段是趋于一条直线，当容量或内阻下降到约为40％时，才会出现急剧的变化，这就为锂离子电容器的梯次利用的筛选和分级提供了理论依据。
基于以上理论基础，本发明提出了锂离子电容器的梯次利用方法，该方法依次包括如下步骤：
(1)、拆解PACK模组：将回收的锂离子电容器PACK模组模组拆解成锂离子电容器最小单元，该锂离子电容器最小单元为锂离子电容器单体或最小标准模组；
(2)、检查外观：查看锂离子电容器最小单元外观是否完好、有没有破损、有没有胀包，如果完好，则进入步骤(3)处理；如果不完好，则直接用于回收利用，作报废处理；
(3)、初次筛选：通过测试锂离子电容器最小单元的交流内阻来判断该最小单元是否可梯次利用，
当交流内阻极大时，说明该锂离子电容器最小单元已经断路，则直接用于回收利用，进行报废处理；
其余测试结果根据交流内阻-容量曲线来判断，当锂离子电容器最小单元容量为标称容量的80％以下时，则直接用于回收利用，进行报废处理；
即断路或者容量小于标称容量的80％的锂离子电容器最小单元无法进行梯次利用，只能将有用部分回收，其余部分报废；
当锂离子电容器最小单元容量为标称容量的80％及以上时，则进入步骤(4)处理；
(4)、分级评选：根据实际测试的内阻所对应的容量对锂离子电容器最小单元进行分级，第一级的锂离子电容器最小单元单体的实际容量不低于标称容量90％，第二级的锂离子电容器最小单元单体的实际容量不低于标称容量的80％；
将分级后锂离子电容器最小标准模组分别进入步骤(5)处理，将分级后锂离子电容器单体分别进入步骤(6)处理。
(5)、二次筛选：首先，将初次筛选后的锂离子电容器最小标准模组中连接单片机的CAN接口连接到数字显示屏上；然后，按该模组的额定电压对其充电，并实时监测该模组中的每个电芯的电压，
若发现有电芯电压达不到额定电压±0.5V时，则将含有该电芯的模组直接用于回收利用，进行报废处理；若该模组中的所有电芯均达到其额定电压±0.5V，则说明该模组电压均一性很好，可以直接进入步骤(7)；
(6)、重组模组：将初次筛选后的锂离子电容器单体连接到5V5A充放电测试设备上，以5A电流对其恒流充电，
若该单体达到额定电压±0.5V，则进入步骤(7)；若该单体达不到其额定电压±0.5V，则直接用于回收利用，进行报废处理；
(7)、装配PACK模组：根据分级不同，将测试合格后的锂离子电容器最小单元装配成PACK模组，进入不同二次利用领域使用；
或所述步骤(3)初次筛选基于电压测定，所述步骤(5)二次筛选、步骤(6)重组模组基于交流内阻测定。
进一步地，步骤(1)所述拆解包括用机械手臂或人工方法将螺丝拆除，或者在不破坏锂离子电容器最小单元的情况下用切割工具将胶粘部位切除。
进一步地，步骤(2)所述检查外观至少包括锂离子电容器单体的外包塑料膜是否完好、金属是否腐蚀严重、塑料附件和铝金属外壳是否有破损；锂离子电容器最小标准模组是否有胀包不良现象、模组外壳是否完好。
进一步地，对于每批次回收的锂离子电容器PACK模组，均根据实际测试数据绘制一份交流内阻-容量曲线图。
本发明的梯次利用方法，不论将锂离子电容器梯次利用的最小单元设为单体还是模组，都可以进行分级。
本发明的梯次利用的方法简单，操作简捷、可行性高、经济有效。
本发明通过测试锂离子电容器最小单元的内阻和电压即可进行筛选分级，并且内阻和电压的测试均可在短时间内完成。
附图说明
图1为锂离子电容器交流内阻(ACR)与容量(Q)的关系示意图；
图2为本发明的锂离子电容器梯次利用的筛选方法的流程图。
具体实施方式
实施例1：本发明所述锂离子电容器的梯次利用的筛选方法，其流程示意图如图2所示，依次包括如下步骤：
(1)、拆解PACK模组：将回收的锂离子电容器PACK模组用机械手臂或人工方法将螺丝拆除，或者在不破坏锂离子电容器最小单元的情况下用刀锯等切割工具将胶粘部位切除，并将外壳等其余部分拆除后得到锂离子电容器最小单元，该锂离子电容器最小单元为锂离子电容器单体或最小标准模组；
(2)、检查外观：查看锂离子电容器最小单元外观是否完好、有没有破损、有没有胀包。查看离子电容器单体的外包塑料膜是否完好、极耳等金属是否腐蚀严重、塑料附件和铝金属外壳是否有破损等；查看锂离子电容器最小标准模组的是否有胀包等不良现象、模组外壳是否完好(主要是考虑到PACK模组模组部位很难拆解而采用刀锯等切割工具会对最小标准模组有一定的外观上的影响)。如果完好，则进入步骤(3)处理；如果不完好，则直接用于回收利用，作报废处理；
(3)、初次筛选：通过交流内阻测试仪测试锂离子电容器最小单元的交流内阻来判断该最小单元是否可梯次利用。
如果测试的是锂离子电容器最小标准模组，当交流内阻极大时，说明该锂离子电容器最小标准模组已经断路，则直接用于回收利用，进行报废处理。其余测试结果可根据图1所示的交流内阻-容量曲线来判断，当锂离子电容器最小标准模组容量为标称容量的80％以下时，则直接用于回收利用，进行报废处理；当锂离子电容器最小标准模组容量为标称容量的80％及以上时，则进入步骤(4)处理。因锂离子电容器在制造时，采用不同参数等原因，其回收的锂离子电容器的交流内阻-容量曲线也会出现一定程度的差异，因此，对于每批次回收的锂离子电容器，均先根据实际测试数据绘制一份交流内阻-容量曲线，以作为初次筛选、分级评选时实际容量比较的基础。
如果测试的是锂离子电容器单体，当交流内阻极大时，说明该锂离子电容器单体已经断路，则直接用于回收利用，进行报废处理。其余测试结果可根据图1所示的交流内阻-容量曲线来判断，当锂离子电容器单体容量为标称容量的80％以下时，则直接用于回收利用，进行报废处理；当锂离子电容器单体容量为标称容量的80％及以上时，则进入步骤(4)；
(4)、分级评选：通过交流内阻测试仪实际测试的锂离子电容器最小单元的交流内阻所对应的容量对锂离子电容器最小单元进行分级，第一级的锂离子电容器最小单元单体的实际容量不低于标称容量90％，第二级的锂离子电容器最小单元单体的实际容量不低于标称容量的80％；
将分级后锂离子电容器最小标准模组分别进入步骤(5)处理，将分级后锂离子电容器单体分别进入步骤(6)处理。
(5)、二次筛选：首先，将初次筛选后的锂离子电容器最小标准模组中连接单片机(MCU)的CAN接口连接到数字显示屏上，用于显示各个单体或整个模组的电压、电流、温度等实时数据；然后，按该模组的额定电压对其充电，并实时监测该模组中的每个电芯的电压，
若发现有电芯电压达不到额定电压±0.5V时，则说明锂离子电容器最小标准模组已达不到最佳功效，故将含有该电芯的模组直接用于回收利用，进行报废处理；若该模组中的所有电芯均达到其额定电压±0.5V，则说明该模组电压均一性很好，可以直接进入步骤(7)装配PACK模组；
(6)、重组模组：将初次筛选后的锂离子电容器单体连接到5V5A充放电测试设备上，以5A电流对其恒流充电，
若测试的锂离子电容器单体的电压达到额定电压±0.5V，则进入步骤(7)；若该单体达不到其额定电压±0.5V，则说明该单体内部内阻增加，达不到最佳功效，则直接用于回收利用，进行报废处理；
(7)、装配PACK模组：梯次利用市场的需求和分级不同，将测试合格后的锂离子电容器最小单元装配成PACK模组，进入不同梯次利用领域使用。
本发明还可以是所述步骤(3)初次筛选基于电压测定，所述步骤(5)二次筛选、步骤(6)重组模组基于交流内阻测定，也就是先通过电压初次筛选，再通过交流内阻进行二次筛选或者重组模组。
Claims (4)
1.一种锂离子电容器的梯次利用的筛选方法，其特征在于该方法依次包括如下步骤：
(1)、拆解PACK模组：将回收的锂离子电容器PACK模组拆解成锂离子电容器最小单元，该锂离子电容器最小单元为锂离子电容器单体或最小标准模组；
(2)、检查外观：查看锂离子电容器最小单元外观是否完好、有没有破损、有没有胀包，如果完好，则进入步骤(3)处理；如果不完好，则直接用于回收利用，作报废处理；
(3)、初次筛选：通过测试锂离子电容器最小单元的交流内阻来判断该最小单元是否可梯次利用，
当交流内阻极大时，说明该锂离子电容器最小单元已经断路，则直接用于回收利用，进行报废处理；
其余测试结果根据交流内阻-容量曲线来判断，当锂离子电容器最小单元容量为标称容量的80％以下时，则直接用于回收利用，进行报废处理；
当锂离子电容器最小单元容量为标称容量的80％及以上时，则进入步骤(4)处理；
(4)、分级评选：根据实际测试的内阻所对应的容量对锂离子电容器最小单元进行分级，第一级的锂离子电容器最小单元单体的实际容量不低于标称容量90％，第二级的锂离子电容器最小单元单体的实际容量不低于标称容量的80％；
将分级后锂离子电容器最小标准模组分别进入步骤(5)处理，将分级后锂离子电容器单体分别进入步骤(6)处理；
(5)、二次筛选：首先，将分级后的锂离子电容器最小标准模组中连接单片机的CAN接口连接到数字显示屏上；然后，按该模组的额定电压对其充电，并实时监测该模组中的每个电芯的电压，
若发现有电芯电压达不到额定电压±0.5V时，则将含有该电芯的模组直接用于回收利用，进行报废处理；若该模组中的所有电芯均达到其额定电压±0.5V，直接进入步骤(7)；
(6)、重组模组：将分级后的锂离子电容器单体连接到5V5A充放电测试设备上，以5A电流对其恒流充电，
若该单体达到额定电压±0.5V，则进入步骤(7)；若该单体达不到其额定电压±0.5V，则直接用于回收利用，进行报废处理；
(7)、装配PACK模组：根据分级不同，将测试合格后的锂离子电容器最小单元装配成PACK模组，进入不同二次利用领域使用；
或所述步骤(3)初次筛选基于电压测定，所述步骤(5)二次筛选、步骤(6)重组模组基于交流内阻测定。
2.根据权利要求1所述的锂离子电容器的梯次利用的筛选方法，其特征在于：步骤(1)所述拆解包括用机械手臂或人工方法将螺丝拆除，或者在不破坏锂离子电容器最小单元的情况下用切割工具将胶粘部位切除。
3.根据权利要求1所述的锂离子电容器的梯次利用的筛选方法，其特征在于：步骤(2)所述检查外观至少包括锂离子电容器单体的外包塑料膜是否完好、金属是否腐蚀严重、塑料附件和铝金属外壳是否有破损；锂离子电容器最小标准模组是否有胀包不良现象、模组外壳是否完好。
4.根据权利要求1所述的锂离子电容器的梯次利用的筛选方法，其特征在于：对于每批次回收的锂离子电容器PACK模组，均根据实际测试数据绘制一份交流内阻-容量曲线图。
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