CN110021796A - 一种退役电池回收再利用的方法 - Google Patents

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刘航
刘卫强
吴晓凤
李昌坤
罗勇
黄玲
张涵
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells

Abstract

一种退役电池回收再利用的方法，涉及锂离子电池的回收再利用技术领域，首先挑选出实际容量为标称容量的60‑80％的退役单体电池，并对电池按容量进行分档；然后根据档位的不同，将电池注入不同重量的电解液并封口，最后将电池活化后重新根据电池容量和电荷转移阻抗进行分档分组。采用本发明的方法修复后的电池容量能恢复到在役动力电池水平，循环利用性能好。

Description

一种退役电池回收再利用的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池的回收再利用技术领域，具体涉及一种退役电池回收再利用的方法。
背景技术
电动汽车已推广数年，随之产生大量退役动力电池，为了更有效利用这些废旧电池，现有技术一般是直接将退役电池进行梯次分选，配对，再利用，比如应用在储能、低速动力等方面。
锂离子电池是摇椅电池，通过锂离子在两个电极间往、返，脱、嵌产生电能，锂离子的数量以及往返路径的难易程度对电池的容量产生影响。退下来再利用的电池，容量剩余率一般在60-80％之间，引起电池容量的损失主要是由于锂离子的损失及电解液消耗所引发的副反应而产生的阻抗增大带来的。
损失的锂离子主要包括电池在化成过程中生成SEI膜所消耗的锂，电解液发生副反应所消耗的锂，锂在负极生成的锂枝晶，以及由于活性材料结构改变而引起的锂离子接收空位缺失所引起的锂损失。这些锂损失引起的不可逆容量损失是不可修复的。
电解液是锂离子在正负极之间传导的生命之泉，在充放电过程中，电解液会与极片发生反应，使电解液损耗，并且由此产生的浓差极化阻抗及电荷转移阻抗对电池的容量衰减产生影响。
本发明就是针对由于电解液损耗而引起的容量衰减的退役电池进行修复，使其能达到在役动力电池水平，并重新分选、配对，使其继续利用在动力电池车上面，循环使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种退役电池回收再利用的方法，其能够对使用后电池的容量进行修复。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种退役电池回收再利用的方法，包括如下步骤：
(1)、挑选出实际容量为标称容量的60-80％的退役单体电池，按照设定的容量差标准，将退役单体电池进行分档；
(2)、将各档的退役单体电池注入相应重量的电解液，然后封口；其中，同一档的退役单体电池注入相同重量的电解液；
(3)、将注入电解液的退役单体电池进行充放电活化。
进一步地，步骤(3)中，活化的方法为：将退役单体电池在45度条件下放置3天，用0.05C电流充电到电池上限，然后用0.5C电流放电至电池下限。
步骤(2)中，在向退役单体电池内注入电解液前，对退役单体电池进行抽真空，当真空度达到-0.085MPa时开始注入电解液。
步骤(2)中，注入电解液的方法为：将退役单体电池的上盖拆卸掉，在露点小于或等于-35的环境下，剪掉电池盖板上的部分防护胶皮形成胶皮孔，用钻头对准所述胶皮孔钻穿电池盖板，然后用注液嘴对准胶皮孔开始抽真空，当真空度达到-0.085MPa时注入电解液，然后封口。
步骤(1)中，将退役单体电池按照标称容量的0.2C充放电循环1次，记录其放电容量，即为所述实际容量。
所述容量差标准的取值为10％的所述退役单体电池的标称容量。
所述单体电池为锂离子单体电池。
进一步地，所述的一种退役电池回收再利用的方法，还包括对活化后的退役单体电池进行分组的步骤，分组的方法包括：
检测活化后的退役单体电池的放电容量和电荷转移阻抗；
按照设定的容量差标准对所述单体电池进行分档；
同一档内的单体电池，按照设定的电荷转移阻抗差标准进行分组；
各档内的单体电池分组完成后，各档剩余的单体电池按所述方法重新进行分档和分组；
分为同一组的单体电池组成电池组。
进一步地，所述电荷转移阻抗差标准的取值为10％～15％的电荷转移阻抗平均值。
有益效果：
现有技术中针对退役动力电池的利用，都是选用剩余容量在60-80％的电池单体再重新分选，配对，电池的有效能量没有充分发挥，是一种资源的浪费。本发明中通过有效途径添加一定量的电解液，并且根据电池的不同档位容量，注入不一样重量的电解液，在不破坏原有电池的情况下修复电池，修复后的电池容量能恢复到在役动力电池水平，循环利用性能好。
因修复后电池内部结构与新鲜电池不一样，本发明对修复后的退役单体电池，从电池容量和电池电荷转移阻抗两方面进行分选配组，其一致性比通过容量与欧姆内阻分选更好。
本发明的方法不仅限于对退役的动力锂离子电池进行性能修复，各种领域各种正负极材料的锂离子电池只要是使用后内阻、容量、循环等性能下降较快，都可以采用本发明的技术方案对电池性能进行有效的修复及分选配组再利用，适用性强。
附图说明
图1为本发明一个实施例中，标称容量为100Ah的LiFePO4/石墨退役单体电池，在补注电解液和活化前后的放电曲线对比图；
图2为本发明一个实施例中，采用不同分组方法所得到的两电池组的常温循环性能对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域所属技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面提供一种退役电池回收再利用的具体实施方法，其步骤如下：
(1)以磷酸铁锂电动大巴单体电池为例，标称容量为100Ah，在退役单体电池中挑选出实际容量为标称容量的60-80％的退役单体电池，即选取容量在60-80Ah范围内的电池。
所述实际容量的检测方法为：将退役单体电池按照标称容量的0.2C充放电循环1次，记录其放电容量，即为所述实际容量。
(2)按照容量差标准为10％的标称容量，即按容量差标准为10Ah，对上述退役单体电池进行分档，其中容量在60-70Ah的电池为同档，容量在70-80Ah的电池为同档。
(3)根据同档电池中所损耗的最大容量，计算出损耗的电量，进而计算出该档电池需要补充的电解液的质量，具体地，60-70Ah档和70-80Ah档，容量损失最多分别为40Ah和30Ah，消耗的电量分别为0.115mol和0.086mol，相应消耗的电解液大约分别为50g和40g。
(4)将60-70Ah档的电池各注入50g电解液，然后封口；将70-80Ah档的电池各注入40g电解液，然后封口。
向单体电池内注入电解液的具体方法为：将退役单体电池的上盖拆卸掉，在露点小于或等于-35的环境下，剪掉电池盖板上的部分防护胶皮形成胶皮孔，用钻头对准所述胶皮孔钻穿电池盖板，然后用注液嘴对准胶皮孔开始抽真空，当真空度达到-0.085MPa时注入电解液，然后封口。
(5)各电池注入电解液后，45度下放置3天，0.05C充电到3.45V，0.5C放电到2V，进行活化。
以退役LiFePO4/石墨单体电池为例，其经补注电解液修复和活化前、后的放电曲线对比图见附图1，附图1中曲线B为本发明修复后的退役单体电池的放电曲线，曲线A为修复前的退役单体电池的放电曲线。从附图1可以看出：经本发明的方法修复后的退役LiFePO4/石墨单体电池比修复前，其容量有明显的提高。
(6)对经步骤(5)活化后的各单体电池，1C恒压充、恒流放到上、下限电压，记录各单体电池的放电容量、直流内阻；电化学工作站测试各单体电池的交流内阻，频率范围为1000HZ-0.01HZ，用ZView2模拟软件进行拟合。
其中，20个经注电解液修复、活化后的单体电池的容量c、直流内阻DC-IR、电荷转移阻抗RCt的信息如下：
下面对上述20个单体电池进行分组，过程如下：
按照容量差标准为10％的标称容量，即按容量差标准为10Ah对上述20个电池进行分档，1-4号，5-15号，16-20号分别为同档次。同一档电池中，比如5-15号电池中，该档电池的电荷转移阻抗平均值为0.3814，将该平均值的13％，即0.05作为电荷转移阻抗差标准，即按电荷转移阻抗差标准ΔRCt＝0.05进行分组，则6，7，8，9，10，12，14，15号电池分为一组，该档剩下的5，11号电池与2，3，4号电池重新按容量差标准为10Ah分为同档，并且5，11号电池与2，3，4号电池，最大电荷转移阻抗差值为0.043，小于电荷转移阻抗差标准ΔRCt＝0.05，因此，5，11号电池与2，3，4号电池分为一组。其他电池的分组方法同上述方法。
从分为一组的6，7，8，9，10，12，14，15号电池中选择4个电池进行串、并联组合，组成电池组B；将与电池组B中4个电池的容量、直流内阻相近的1，2，3，4号电池串、并联组合，组成电池组A。在常温下对电池组A和电池组B分别进行循环性能测试，循环性能测试对比图如附图2所示，附图2中曲线B为采用本发明分组方法选出的电池组B的循环性能曲线，曲线A为采用传统的通过容量、直流内阻所选的电池组A的循环性能曲线。由附图2可以看出：采用本发明的电池分组方法所选的电池组B，在循环性能上优于采用传统的通过容量、直流内阻所选的电池组A。本发明的电池分组方法所得到的电池组，其一致性更好。

Claims (9)

1.一种退役电池回收再利用的方法，其特征在于：包括如下步骤：
挑选出实际容量为标称容量的60-80％的退役单体电池，按照设定的容量差标准，将退役单体电池进行分档；
将各档的退役单体电池注入相应重量的电解液，然后封口；其中，同一档的退役单体电池注入相同重量的电解液；
将注入电解液的退役单体电池进行充放电活化。
2.如权利要求1所述的一种退役电池回收再利用的方法，其特征在于：所述充放电活化的方法为：将退役单体电池在45度条件下放置3天，用0.05C电流充电到电池上限，然后用0.5C电流放电至电池下限。
3.如权利要求1所述的一种退役电池回收再利用的方法，其特征在于：还包括对活化后的退役单体电池进行分组的步骤，分组的方法包括：
检测活化后的退役单体电池的放电容量和电荷转移阻抗；
按照设定的容量差标准对所述单体电池进行分档；
同一档内的单体电池，按照设定的电荷转移阻抗差标准进行分组；
各档内的单体电池分组完成后，各档剩余的单体电池按所述方法重新进行分档和分组；
分为同一组的单体电池组成电池组。
4.如权利要求3所述的一种退役电池回收再利用的方法，其特征在于：所述电荷转移阻抗差标准的取值为10％～15％的电荷转移阻抗平均值。
5.如权利要求1所述的一种退役电池回收再利用的方法，其特征在于：在向退役单体电池内注入电解液前，对退役单体电池进行抽真空，当真空度达到-0.085MPa时开始注入电解液。
6.如权利要求1所述的一种退役电池回收再利用的方法，其特征在于：注入电解液的方法为：将退役单体电池的上盖拆卸掉，在露点小于或等于-35的环境下，剪掉电池盖板上的部分防护胶皮形成胶皮孔，用钻头对准所述胶皮孔钻穿电池盖板，然后用注液嘴对准胶皮孔开始抽真空，当真空度达到-0.085MPa时注入电解液，然后封口。
7.如权利要求1所述的一种退役电池回收再利用的方法，其特征在于：所述实际容量的检测方法为：将退役单体电池按照标称容量的0.2c充放电循环1次，记录其放电容量，即为所述实际容量。
8.如权利要求1所述的一种退役电池回收再利用的方法，其特征在于：所述容量差标准的取值为10％的所述退役单体电池的标称容量。
9.如权利要求1所述的一种退役电池回收再利用的方法，其特征在于：所述单体电池为锂离子单体电池。
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