CN109923729A - 再生电池的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一种再生电池的方法，该电池包括电极和隔膜彼此交替结合的电极组件、电解质以及容纳电极组件和电解质的电池壳体，该方法包括：负压力处理工序，其中将负压力施加到电池，以使设置在电极之间的气体移动到电极组件外部；和超声波处理工序，其中通过超声波激励电池，以使设置在电极组件外部的电解质移动到电极之间。

Description

再生电池的方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求在2017年7月27日递交的韩国专利申请第10-2017-0095184号的优先权的权益，通过引用将该申请的全部内容并入本文。
技术领域
本公开内容涉及一种再生电池的方法。
背景技术
与原电池不同，二次电池是可再充电的，此外，其小型化和高容量的可能性较高。因此，近来正在进行对二次电池的诸多研究。随着技术发展和对移动设备的需求增加，对作为能源的二次电池的需求正快速增加。
根据电池壳体的形状，二次电池分为硬币型电池、圆柱型电池、棱柱型电池和袋型电池。在这种二次电池中，安装在电池壳体中的电极组件是可充电放电的电力产生装置，其具有电极和隔膜进行堆叠的结构。
电极组件可大致分为：其中隔膜插置在每个都设置为涂布有活性材料的片形式的正极和负极之间，然后正极、隔膜和负极进行卷绕的果冻卷(Jelly-roll)型电极组件；其中多个正极、负极在之间具有隔膜的情况下按顺序堆叠的堆叠型电极组件；以及其中堆叠型单元电池与具有较长长度的隔膜卷绕在一起的堆叠/折叠型电极组件。
随着现有的二次电池被重复使用，电池的容量保持率降低和劣化。在此，设置在电极之间的电解质气化并减少，由此设置在电极之间的锂离子减少，从而降低了电池的容量保持率。
目前，正在研究对劣化的电池进行再生和再使用的方法。
发明内容
技术问题
本发明的一方面提供一种在不破坏和损坏电池的情况下使电池再生的方法。
技术方案
根据本发明一实施方式的一种再生电池的方法，所述电池包括电极和隔膜彼此交替结合的电极组件、电解质以及容纳所述电极组件和所述电解质的电池壳体，所述方法可包括：负压力处理工序，其中将负压力施加到所述电池，以使设置在所述电极之间的气体移动到所述电极组件外部；和超声波处理工序，其中通过超声波激励所述电池，以使设置在所述电极组件外部的电解质移动到所述电极之间。
有益效果
根据本发明，可对劣化的电池(Cell)过充电，以使锂离子减少的电极附近的电解质的浓度降低，使得设置在电极组件外部的电解质由于渗透压而移动到电极组件内部。因此，移动的电解质中包含的锂离子可被提供到电极，以增加电池容量，而且可在不破坏和损坏电池的情况下使劣化的电池再生。
此外，根据本发明，可将负压力施加到电池，以使设置在电极之间的气体移动到电极组件外部，并且可通过超声波激励电池，以使设置在电极组件外部的电解质有效地移动到电极之间，从而显著增加电池容量。
另外，根据本发明，在过充电工序或超声波处理工序之后，可将正压力和负压力重复施加到电池，以使电解质更有效地移动到电极之间。
附图说明
图1是应用于根据本发明一实施方式的再生电池的方法的锂二次电池的示图。
图2是图1的区域A的剖面图。
图3是图2的区域B的概念性透视图。
图4是图解根据本发明一实施方式的再生电池的方法中的过充电工序的概念性局部透视图。
图5是图解根据本发明一实施方式的再生电池的方法中的负压力处理工序的概念性局部透视图。
图6是图解根据本发明一实施方式的再生电池的方法中的超声波处理工序的概念性投影图。
图7是图解根据本发明一实施方式的再生电池的方法中的超声波处理工序的概念性局部透视图。
图8是图解根据本发明一实施方式的再生电池的方法的正负压力处理工序中的正压力处理工序的概念性局部透视图。
图9是图解根据本发明的实施方式的再生电池的方法的正负压力处理工序中的负压力处理工序的概念性局部透视图。
图10是图解通过根据本发明一实施方式的再生电池的方法恢复的电池的容量保持率的图。
图11是图解根据本发明另一实施方式的再生电池的方法的正负压力处理工序中的正压力处理工序的概念性局部透视图。
具体实施方式
本发明的目的、具体优点和新颖特征将从从下面结合附图的详细描述变得更加显而易见。应当注意，尽可能用相同的标记给在本申请中附图的部件添加参考标记，即使它们显示在其他附图中。此外，本发明可以以不同的形式实现，不应被解释为限于在此阐述的实施方式。在本发明下面的描述中，将省略可能不必要地使本发明的主旨模糊不清的相关技术的详细描述。
图1是应用于根据本发明一实施方式的再生电池的方法的锂二次电池的示图，图2是图1的区域A的剖面图，图3是图2的区域B的概念性透视图。在此，图2是图解沿电池的纵向方向截取图1的区域A的电池的概念性示图。
参见图1至图3，根据本发明一实施方式的再生电池的方法包括：负压力处理工序，其将负压力N施加到电池100，以使设置在电极113之间的气体G移动到电极组件110外部；和超声波处理工序，其通过使用超声波激励电池100，以使设置在电极组件110外部的电解质E移动到电极113之间。
此外，根据本发明一实施方式的再生电池的方法可进一步包括：过充电工序，其在负压力处理工序之前对电池100过充电；和正负压力处理工序，其在超声波处理工序之后重复施加正压力和负压力。
下文中，将参照图1至图10更详细地描述根据本发明一实施方式的再生电池的方法。
参照图1至图3，应用于根据本发明一实施方式的再生电池的方法的电池100包括：电极组件110、电解质E以及容纳电极组件110和电解质E的电池壳体120。在此，应用于根据本发明一实施方式的再生电池的方法的电池100可进一步包括与电极组件110电连接的电极引线130。
电极组件110可以是可充电和可放电的电力产生元件，并且具有电极113和隔膜114相结合且交替堆叠的结构。此外，电极组件110可进一步包括与电极113电连接的电极接片115，电极接片115突出到电极组件110外部。
电极113可包括正极111和负极112。在此，电极组件110可具有正极111/隔膜114/负极112交替堆叠的结构。
正极111可包括正极集流体(未示出)和施加至正极集流体的正极活性材料(未示出)，负极112可包括负极集流体(未示出)和施加至负极集流体的负极活性材料(未示出)。
例如，正极集流体可设置为铝(Al)材料制成的箔(foil)。
正极活性材料可包括锂镁氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂铁磷酸盐、或含有这些材料中的至少一种的化合物及其混合物。
在另一示例中，正极活性材料可包括高Ni系正极材料。在此，高Ni系正极材料可包括LiNiMnCoO系材料、LiNiCoAl系材料和LiMiMnCoAl系材料中的一种或多种。
例如，负极集流体可设置为铜(Cu)或镍(Ni)材料制成的箔(foil)。
例如，负极活性材料可由含有合成石墨的材料制成。
在另一示例中，负极活性材料可包括锂金属、锂合金、碳、石油焦炭、活性炭、石墨、硅化合物、锡化合物、钛化合物、或其合金。
隔膜114由绝缘材料制成以将正极111与负极112电绝缘。在此，隔膜114例如可由具有微孔的诸如聚乙烯或聚丙烯之类的聚烯烃系树脂膜制成。
例如，电解质可包括非水电解质和锂盐作为含锂的非水电解质。
例如，非水电解质可包括非质子有机溶剂，诸如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢法兰克(franc)、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸丙烯酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯、以及丙酸乙酯之类。
在此，锂盐容易溶解在非水电解质中。例如，锂盐可包括LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂肪族羧酸锂、四苯硼酸锂、或酰亚胺。
在一些情况下，锂盐可包括有机固体电解质或无机固体电解质。
例如，有机固体电解质可包括共聚物，共聚物包括聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、多聚赖氨酸(agitation lysine)、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、或离子解离基团。
例如，无机固体电解质可包括Li系氮化物，诸如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH和Li3PO4-Li2S-SiS2、卤化物或硫酸盐之类。
另外，下述化合物可添加到非水电解质中以提高放电和充电特性以及阻燃性。例如，非水电解质可包括吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、乙二醇二甲醚(glyme)、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的恶唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、以及三氯化铝。在一些情况下，为了给电解质赋予不燃性，电解质可进一步包括含卤溶剂，诸如四氯化碳和三氟乙烯之类。另外，为了改善高温存储特性，电解质可包括二氧化碳气体。
图4是图解根据本发明一实施方式的再生电池的方法中的过充电工序的概念性局部透视图。
参见图2和图4，在过充电工序中，可在负压力处理工序之前对电池100过充电，以降低设置在电极组件110内部的电解质E的浓度。
更详细地，在过充电工序中，可对电池100过充电，以使电极113附近的电解质E通过副反应形成为气体G。因此，随着设置在电极组件110内部的电解质E的浓度降低，设置在电极组件110外部的电解质E可由于渗透压而移动到电极组件110内部。
在此，在过充电工序中，例如，可施加4.3V或更高的电压以对电池100过充电。更详细地，在过充电工序中，例如，可施加4.3V至4.5V的电压以对电池100过充电。因此，当施加超过4.3V的过电压(超过一般电池100的电压范围2.2V至4.2V)时，由于副反应，电解质E可转变为气体G。
在过充电工序中，例如，可对电池100快速过充电0.1秒至1秒。因此，当对电池100过充电时，可首先在设置在每一个电极113的表面上的电解质E中发生副反应。因此，只有靠近电极113设置的电解质E可通过快速过充电而气化，而设置在电极组件110外部的电解质E可不被气化。
图5是图解根据本发明一实施方式的再生电池的方法中的负压力处理工序的概念性局部透视图。
参照图1、图2和图5，在负压力处理工序中，可将负压力N施加到电池100，从而设置在电极113之间的气体G可移动到电极组件110外部。在此，在负压力处理工序中，通过过充电工序所产生的或者由于电池100的连续充电/放电而导致的电池100劣化时所产生的、设置在电极组件110内部的气体G可移动到电极组件110外部。因此，设置在电极组件110内部的气体G可移动到电极组件110外部，使得设置在电极组件110外部的电解质E容易移动到电极组件110内部。例如，可在电池100中设置气体吸收剂(未示出)以吸收移动到电极组件110外部的气体G。
此外，在负压力处理工序中，在将电池100容纳在腔室(Chamber)C中之后，可将腔室C的内部抽真空，以将负压力N施加到电池100。在此，例如，真空泵(未示出)可连接至腔室C，以通过真空泵将腔室C的内部抽真空。
另外，在负压力处理工序中，可将腔室C的内部抽真空，使得腔室C的内部处于-90kPa至-100kPa的压力状态。
图6是图解根据本发明一实施方式的再生电池的方法中的超声波处理工序的概念性投影图，图7是图解根据本发明一实施方式的再生电池的方法中的超声波处理工序的概念性局部透视图。
参照图6和图7，在超声波处理工序中，可通过超声波S激励电池100，以使设置在电极组件110外部的电解质E移动到电极113之间。在此，在超声波处理工序中，可将具有40％至80％的强度、20KHz至30KHz和20W/cm2的超声波S施加到电池100。
此外，在超声波处理工序中，可在电池100浸没在由没有导电性的材料制成的绝缘液体11中的状态下通过超声波S激励电池100。在此，绝缘液体11可包括乙醇(Ethanol)。在此，绝缘液体11可例如由没有能够传输电力的离子的乙醇共价键化合物制成。
另外，在超声波处理工序中，可用绝缘带30密封电极引线130，电池100可浸没在容纳乙醇的浴器(bath)10内。
因此，当对电池100执行超声波处理时，可防止由于溶剂(solvent)而导致短路(short)发生。
在超声波处理工序中，超声波产生器20的端部可浸没在包含乙醇的浴器10内，以产生超声波S并由此激励电极100。
此外，在超声波处理工序中，当通过超声波S激励电池100时，可将正压力施加到电池100。因此，设置在电极组件110外部的电解质E可有效地移动到电极113之间。
图8是图解根据本发明一实施方式的再生电池的方法的正负压力处理工序中的正压力处理工序的概念性局部透视图，图9是图解根据本发明一实施方式的再生电池的方法的正负压力处理工序中的负压力处理工序的概念性局部透视图。
参照图1、图2、图8和图9，在正负压力处理工序中，可将正压力P和负压力N重复施加到电池100，以使设置在电极组件110外部的电解质E移动到电极113之间。
此外，在正负压力处理工序中，在将电池100容纳在腔室C中之后，可通过使腔室C的内部成为正压力P的状态来将正压力P施加到电池100(见图8)，可通过使腔室C的内部成为负压力P的状态来将负压力N施加到电池100(见图9)。
在此，真空泵和气压泵(未示出)可连接到腔室C，以通过真空泵和气压泵在腔室C的内部产生正压力P和负压力N。
在此，在正负压力处理工序中，可将90kPa至100kPa的压力作为正压力P施加到电池100，可将-90kPa至-100kPa的压力作为负压力N施加到电池100。
在根据一实施方式的上述再生电池的方法中，设置在电极组件110外部的电解质E可移动到电极组件110内部。因此，可重复进行电池100的充电/放电，使得锂离子不足的电极组件110的内部的锂离子的量增加。也就是说，设置在电极组件110外部的电解质E中包含的锂离子可移动到电极组件110内部，因此，锂离子可提供到锂离子不足的电极组件110，以增加电池100的容量。此外，可在不破坏和损坏电池100的情况下使容量减小的电池100再生。
图10是图解通过根据本发明一实施方式的再生电池的方法恢复的电池的容量保持率的图。
在图10示出的图中，图解了初始电池C1、通过根据本发明一实施方式的再生电池的方法再生的电池C2、和没有再生的电池C3。
在此，在图10中，水平轴表示循环(Cycle)的次数，垂直轴表示电池的1C(库伦)容量保持率。
参照图10的图，可以看出，随着循环的进行，初始电池C1的容量保持率降低。
在此，可以看出，在400次循环之后，初始电池C1的容量保持率快速降低从而电池劣化。也就是说，可以看出，在500次循环之后，没有被再生的电池C3劣化，因为容量保持率显著降低至25％以下。
然而，可以看出，通过根据本发明一实施方式的再生电池的方法再生的电池C2保持50％以上的容量保持率，直到1000次循环。也就是说，通过图10的图可以看出，通过根据本发明一实施方式的再生电池的方法再生的电池C2的容量得到显著改善。
图11是图解根据本发明另一实施方式的再生电池的方法的正负压力处理工序中的正压力处理工序的概念性局部透视图。
下文中，将参照图11描述根据本发明另一实施方式的再生电池的方法。
参照图11，根据本发明另一实施方式的再生电池的方法与根据前述实施方式的再生电池的方法的不同之处在于，正负压力处理工序中的正压力处理工序。因此，将简要描述该实施方式中与前述实施方式重复的内容，且主要描述实施方式之间的不同之处。
在根据本发明另一实施方式的再生电池的方法的正负压力处理工序中，可将正压力P和负压力N重复施加到电池100，以使设置在电极组件110外部的电解质E移动到电极113之间。在此，当将正压力P施加到电池100时，可通过超声波S激励电池100。
因此，设置在电极组件110外部的电解质E可更顺利地移动到电极组件110内部。
在此，可将90kPa至100kPa的正压力P施加到电池100，并且可通过具有40％至80％的强度、20KHz至30KHz的频率和20W/cm2的超声波激励电池100。
在正负压力处理工序中，电池100可容纳在腔室C中，之后，可通过使腔室C的内部成为正压力P的状态来将正压力P施加到电池100(见图1)。
尽管参照示例性实施方式特别示出并描述了本发明，应当理解，本发明的范围不限于根据本发明的再生电池的方法。本领域技术人员将理解，可在不脱离发明的精神和范围的情况下做出形式和细节上的各种变化。
另外，本发明的保护范围将通过所附权利要求来明晰。

Claims (15)

1.一种再生电池的方法，所述电池包括电极和隔膜彼此交替结合的电极组件、电解质以及容纳所述电极组件和所述电解质的电池壳体，所述方法包括：
负压力处理工序，其中将负压力施加到所述电池，以使设置在所述电极之间的气体移动到所述电极组件外部；和
超声波处理工序，其中通过超声波激励所述电池，以使设置在所述电极组件外部的电解质移动到所述电极之间。
2.根据权利要求1所述的方法，在所述负压力处理工序之前进一步包括：过充电工序，其中对电池过充电，以使所述电极附近的电解质通过其副反应产生气体，并且随着设置在所述电极组件内部的电解质的浓度降低，设置在电极组件外部的电解质通过渗透压而移动到所述电极组件内部。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述过充电工序中，将4.3V或更高的电压施加到所述电池以对所述电池过充电。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述过充电工序中，将4.3V至4.5V的电压施加到所述电池以对所述电池过充电。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在所述过充电工序中，对所述电池过充电0.1秒至1秒。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，在所述超声波处理工序之后进一步包括：正负压力处理工序，其中将正压力和负压力重复施加到所述电池，以使设置在所述电极组件外部的电解质移动到所述电极之间。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述正负压力处理工序中，在将所述电池容纳在腔室中之后，通过使所述腔室的内部成为正压力状态来将正压力施加到所述电池，并且通过使所述腔室的内部成为负压力状态来将负压力施加到所述电池。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述正负压力处理工序中，当将正压力施加到所述电池时，通过超声波激励所述电池。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述负压力处理工序中，在将所述电池容纳在腔室中之后，将腔室的内部抽真空，以将负压力施加到所述电池。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述负压力处理工序中，所述腔室的内部成为-90kPa至-100kPa的压力状态。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述超声波处理工序中，在所述电池浸没在绝缘液体中的状态下，通过超声波激励所述电池。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述绝缘液体包括乙醇(Ethanol)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述电池包括与所述电极组件电连接的电极引线，使得所述电极引线的一部分伸出到所述电池壳体的外部，
在所述超声波处理工序中，用绝缘带密封所述电极引线，并且所述电池浸没在容纳有乙醇的浴器(bath)中。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述超声波处理工序中，将20kHz至30kHz的超声波施加到所述电池。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述超声波处理工序中，当通过超声波激励所述电池时，将正压力施加到所述电池。
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