CN106450543A - 一种动力锂离子电池回收利用方法 - Google Patents

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赵培成
王守军
刘新华
刘明东
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Abstract

本发明涉及一种动力锂离子电池回收利用的方法，包括如下步骤：S1、将回收后的动力锂离子电池，先根据不同材料体系的电池，放电到相对应的最低标准电压；S2、把电池注液口打开，注入六氟磷酸锂电解液；S3、待电解液完全浸润后，用预定电流充电化成；S4、最后进行封口、分容。这样制作后的锂离子电池，常温25℃下测试，初始容量比回收前电池的容量提升10％以上，1C电流充放电循环，300次循环后的容量保持率大于初始容量的85％，能够满足储能电源、日常数码、家用电器、灯具等对动力性能要求不高的行业正常使用，实现了将电动汽车、电动自行车、航模、电工工具等动力行业淘汰下来的锂离子电池重新阶梯式使用。

Description

一种动力锂离子电池回收利用方法
技术领域
本发明涉及锂电池回收制造及新能源领域，特别涉及一种动力锂离子电池回收利用方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，能源和环保已经成为全人类面临的两大难题，近年来，国家对新能源汽车的应用出台了一系列的鼓励政策，国内的动力锂离子电池，特别是动力汽车电池，出现了狂飙猛进的发展。
但是，随着动力锂离子电池的广泛应用，新的环保问题将伴随而生，正常的动力锂离子电池能够在汽车上使用的寿命为3～5年，这些大量的动力锂电池，不能再继续使用后，需要回收处理。目前，常规的回收处理方法，是把电池拆解，将正、负极片、隔膜分开，通过粉碎，焚烧、用溶剂萃取里面的金属物质，然后再利用，这样的回收方式，会产生大量有害的废气、废液，会对人类生存环境造成二次严重伤害。
电解液在锂离子电池的生命中，相当于人体中的血液，电池的使用性能和寿命与电解液的充足与否，密切相关。目前锂离子电池中常用的电解液，是LiPF6电解质与EC、EMC、DMC等溶剂组合成的一定摩尔浓度的溶液，在锂电池的整个充放电使用过程中，一方面LiPF6与电池内部存在的水分极易发生化学反应，出现一定的消耗，另一方面，电池在充放电过程中，特别是大电流充放时，会伴随着热量的产生，电池内部温度升高，而LiPF6的热分解温度偏低，在高温下容易分解，其次，锂离子电池负极表面SEI膜的形成过程中，包括锂离子的不断嵌入和脱嵌过程中，都会发生一定的分解副反应，导致电解液的消耗。
综上可见，锂电池在不断的循环使用过程中，内部的电解液会逐步分解和消耗，导致容量和其他电性能会不断下降。这在实际的电池拆解过程，感受更为直接，锂离子电池在使用初期，拆解后的隔膜和极片表面比较湿润，内部电解液比较充分，当循环使用后期，拆解后的电池，隔膜、极片表面都非常干燥，内部的电解液明显不足，说明在整个循环使用过程中，电解液被大量分解和消耗，这也正是导致电池性能下降，不能正常使用的最重要原因。
因此，改善电池性能，提高循环使用寿命，保证电池内部具有充足的电解液，是至关重要的。
发明内容
为了解决现有技术锂离子电池回收方式不当，导致产生大量有害的废气、废液的问题，本发明提供一种动力锂离子电池回收利用的方法，包括如下步骤：
S1、将回收后的动力锂离子电池，先根据不同材料体系的电池，放电到相对应的最低标准电压；
S2、把电池注液口打开，注入六氟磷酸锂电解液；
S3、待电解液完全浸润后，用预定电流充电化成；
S4、最后进行封口、分容。
优选地，所述步骤S2、S3和S4的操作均是在温度18-22℃、相对湿度低于2％的环境下进行的。
优选地，所述步骤S2中电解液量按每安时1.5-3.0g注入。
优选地，所述注入电解液时抽真空下液，真空度的范围为-27～-100KPa。
优选地，所述抽真空时间为165-195s。
优选地，电解液的注入和抽真空下液多次分步进行。
优选地，电解液的注入分两次进行，每次注入二分之一的电解液量，每次注完液都需要抽真空，每次抽真空均是依次通过以下三步完成：-27～-33KPa抽真空55-65s；-55～-65KPa抽真空55-65s；-80～-100KPa抽真空55-65s。
优选地，所述步骤S3中，用0.04-0.22C的预定电流充电化成。
优选地，所述步骤S3中的充电化成，具体是依次通过以下三步完成：先用0.04-0.06C电流充电110-130min，搁置4-6min；再用0.09-0.11C电流充电220-260min，搁置4-6min；再用0.18-0.22C电流充电55-65min。
本发明的优点为，使用本发明的方法回收的动力锂离子电池，25℃环境下，1C放电容量能够比回收前的电池容量提升10％以上，1C电流充放电循环测试300周，容量保持率超过85％，能够满足储能电源、日常数码、家用电器、灯具等对动力性能要求不高的行业正常使用，实现了将电动汽车、电动自行车、航模、电工工具等动力行业淘汰下来的锂离子电池重新阶梯式使用。
附图说明
图1是本发明实施例和对比例的循环测试对比曲线图。
具体实施方式
本发明经拆解电池和对极片进行电镜扫描发现，回收的容量和其他性能下降的动力电池，多数其内部极片的正负极结构仍然基本完好，只是由于内部缺少电解液不能很好的工作。
为此，本发明下述各实施例提供了锂离子电池回收利用的方法，它们是在低温低湿环境下，将动力电池注液口打开，补充注入六氟磷酸锂电解液。按每安时1.5-3.0g注入电解液量，注完电解液后抽真空，使电解液在抽真空条件下下液(下文简称“抽真空下液”)，真空度在-27～-100KPa，抽真空时间165-195s，电解液的注入和抽真空下液可多次分步进行，待电解液完全浸润后，用0.04-0.22C的预定电流充电化成，最后进行封口、分容。
这样制成的电池，25℃环境下，1C放电容量能够比拆解前的电池容量提升10％以上，1C电流充放电循环测试300周，容量保持率超过85％，能够满足储能电源、日常数码、家用电器、灯具等对动力性能要求不高的行业正常使用，实现了将电动汽车、电动自行车、航模、电工工具等动力行业淘汰下来的锂离子电池重新阶梯式使用。
下述各实施例中锂离子电池回收利用的方法包括如下步骤：
将回收后的动力锂离子电池，先根据不同材料体系的电池，统一放电到最低标准电压；其中最低标准电压依该电池的说明书而定；
在温度18-22℃，相对湿度低于2％的环境下，把电池注液口打开，注入六氟磷酸锂电解液，电解液量按每安时1.5-3.0g注入，注完电解液后抽真空下液，真空度在-27～-100KPa，抽真空时间165-195s，电解液的注入可分两次进行，每次注入约二分之一的电解液量，每次注完液后都需要抽真空，每次抽真空均是依次通过以下三步完成：-27-33KPa抽真空55-65s，-55-65KPa抽真空55-65s，-80-100KPa抽真空55-65s；
待电解液完全浸润后，用0.04-0.22C的预定电流充电化成。充电化成具体是依次通过以下三步完成：0.04-0.06C电流充电110-130min，搁置4-6min；再用0.09-0.11C充电220-260min，搁置4-6min；再用0.18-0.22C充电55-65min；
最后进行封口、分容。
下面的对比例和实施例是以一种启动电源上使用的、尺寸为5.0*47*89mm、标称容量为800mAh的高动力型电池进行对比试验。该电池使用前的性能1C充满电后，1C放电容量大于800mAh,25C正常放电容量大于720mAh。在经过长期使用、不能满足启动电源上正常使用后，拆下来测试，25℃环境下，1C充满电后，25C放电容量低于500mAh，1C放电容量低于660mAh。
对比例：取一个上述使用后1C放电容量650mAh的动力锂离子电池，25℃环境下，继续用1C电流充放电，循环到300周，放电容量305mAh，容量保持率只有46.9％，无法满足储能电源、日常数码、家用电器、灯具等行业的正常使用。
实施例1:
将对比例中的电池(1C放电容量为650mAh的电池)，先用650mA电流放电到3.0V，在相对湿度低于2％的环境下,将电池注液口打开，注入0.98g六氟磷酸锂电解液(每安时1.5g),电解液的注入分两次进行，每次注入0.49g电解液量，每次注完电解液后都需要抽真空，每次抽真空均是依次通过以下三步完成：-30KPa抽真空60s；-60KPa抽真空60s；-90KPa抽真空60s；
待电解液完全浸润后，用0.05～0.2C的预定电流充电化成，充电化成具体是依次通过以下三步完成：0.05电流充电120min，搁置5min；再用0.1C充电240min，搁置5min；再用0.2C充电60min。
最后进行封口、分容，然后进行测试，结果见以下测试说明。
实施例2:
将实施例1中电解液的添加量由0.98g变更为1.56g(每安时2.4g)，其它制作方法同实施例1，然后进行测试，结果见以下测试说明。
实施例3:
将实施例1中电解液的添加量由0.98g变更为1.95g(每安时3.0g)，其它制作方法同实施例1，然后进行测试，结果见以下测试说明。
测试说明:
1.容量测试
测试方法：25℃环境下，用650mA电流充满电到4.2V，搁置5min，再用650mA电流放电到3.0V。
各组实施方案，全部使用拆下来的1C放电容量为650mA的电池，分别按各组实施方法制成电池。电池制作完成后，按上述测试方法测试容量，结果显示：
对比例中电池1C放电容量650mAh，实施例1电池1C放电容量716mAh，实施2电池1C放电容量743mAh，实施3电池1C放电容量761mAh，说明本发明方案实施后，电池的容量相比实施前可以提升10～17％。
2.循环寿命测试：
取各组对比例和实施例电池，25℃环境下，用1C电流充放电，循环测试300次。具体的循环测试对比曲线图如图1所示，图中从下到上依次是曲线1，曲线2，曲线3，曲线4，分别代表对比例、实施例1、实施例2、实施例3的结果，横轴是循环次数，纵轴是容量保持率。
循环后结果显示：
对比例电池300次循环后1C放电容量305mAh，容量保持率只有46.9％；
实施例1电池300次循环后1C放电容量609mAh，容量保持率85.1％；
实施例2电池300次循环后1C放电容量656mAh，容量保持率88.3％；
实施例3电池300次循环后1C放电容量701mAh，容量保持率91.6％。
可见，本发明实施后，电池的循环寿命相比实施前有显著的提升,本发明实施例电池，300次循环后的容量保持率都大于初始容量的85％，能够满足储能电源、日常数码、家用电器、灯具等对动力性能要求不高的行业正常使用。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效方法变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种动力锂离子电池回收利用的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将回收后的动力锂离子电池，先根据不同材料体系的电池，放电到相对应的最低标准电压；
S2、把电池注液口打开，注入六氟磷酸锂电解液；
S3、待电解液完全浸润后，用预定电流充电化成；
S4、最后进行封口、分容。
2.如权利要求1所述的动力锂离子电池回收利用的方法，其特征在于：所述步骤S2、S3和S4的操作均是在温度18-22℃、相对湿度低于2％的环境下进行的。
3.如权利要求1所述的动力锂离子电池回收利用的方法，其特征在于：所述步骤S2中电解液量按每安时1.5-3.0g注入。
4.如权利要求3所述的动力锂离子电池回收利用的方法，其特征在于：注入电解液后抽真空下液，真空度的范围为-27～-100KPa。
5.如权利要求4所述的动力锂离子电池回收利用的方法，其特征是：抽真空时间165-195s。
6.如权利要求4或5所述的动力锂离子电池回收利用的方法，其特征是：电解液的注入和抽真空下液多次分步进行。
7.如权利要求1-5任一所述的动力锂离子电池回收利用的方法，其特征是：电解液的注入分两次进行，每次注入二分之一的电解液量，每次注完电解液后都需要抽真空，每次抽真空均是依次通过以下三步完成：-27～-33KPa抽真空55-65s；-55～-65KPa抽真空55-65s；-80～-100KPa抽真空55-65s。
8.如权利要求1所述的动力锂离子电池回收利用的方法，其特征是：所述步骤S3中的预定电流的范围为0.04-0.22C。
9.如权利要求8所述的动力锂离子电池回收利用的方法，其特征是：所述步骤S3中的充电化成，具体是依次通过以下三步完成：先用0.04-0.06C电流充电110-130min，搁置4-6min；再用0.09-0.11C电流充电220-260min，搁置4-6min；再用0.18-0.22C电流充电55-65min。
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