CN110429356A - 一种液态金属电池的回收方法及装置 - Google Patents

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蒋凯
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Abstract

本发明公开了一种液态金属电池的回收方法及装置，包括拆解正负极短接后的废旧液态金属电池的顶盖，将去除顶盖后的液态金属电池加热使导电坩埚从壳体脱离，对导电坩埚加热使内部材料保持液态，分离合金和电解质，对合金进行电解，使第一金属和第二金属分离，回收所述第一金属、第二金属和电解质。装置包括坩埚、电解液、正极和负极，液态金属电池的合金作为正极，并与负极接入电源，在电解液中电解。本发明不需要添加剂，回收方法简单，对环境友好。并且回收的材料包括负极锂，正极锡锑合金，电解质可以重复使用，避免了重新组装电池而使用新材料造成的浪费。

Description

一种液态金属电池的回收方法及装置
技术领域
本发明属于储能电池领域，更具体地，涉及一种液态金属电池的回收方法及装置。
背景技术
随着全球经济高速发展，能源和环境问题日益严重，尤其是石油等不可再生能源对环境污染较大，因此风能，太阳能等可再生能源成为世界各国研究热点。然而风能，太阳能等受外界影响较大，比如天气等；如果将其直接应用于大规模储能时能量波动较大，严重时会出现安全问题。目前的储能方式主要分为物理储能，化学储能，电化学储能，电能直接存储。在现有的众多储能技术当中，储能电池由于其灵活方便，响应时间迅速的特点，因而在储能领域有很大的应用前景。
目前的储能电池有铅酸电池，锂离子电池，钠硫电池，镍氢电池，液流电池等。其中，锂离子电池和铅酸电池等已实现了大规模商业化应用。然而，从大规模储能应用角度来看，电池的关键参数在于它的寿命，成本和安全性。由于锂离子电池的电解质多采用有机溶液，因此它的安全性和成本在一定程度上限制了它在大规模储能当中的应用。
近几年，出现了一种面向大规模储能的液态金属电池技术。液态金属电池由正负极和电解质组成，工作温度在400℃～700℃范围内。工作时，正负极呈液态，由于电极和电解质的密度不同以及不混溶性，电池内部为三层结构。这种液态体系使得它的效率很高，同时这种电池电极和电解质之间没有使用隔膜，所以它的结构简单，容易实现大规模生产和应用。此外，液态金属电池的寿命较长，性能稳定，成本较其他电池来说较低，同时电解质采用无机混合盐，所以安全性相对较高，因此在电网储能方面由明显的潜力。
对于储能电池来讲，它是有一定的使用寿命的，当其失效时如果不及时处理，这些废弃电池对于环境影响很大，同时对于资源也是一种浪费，所以如何处理失效的电池是一个关键问题。对锂离子电池，目前已有一些回收技术。同时，这些回收技术一般会使用一些物质来辅助回收，比如有机溶剂，酸类物质等。然而，对于液态金属电池目前仍没有一种回收策略，如何将已失效的液态金属电池回收成为研究人员需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种液态金属电池的回收方法及装置，旨在解决废旧的液态金属电池对环境造成的污染问题。
为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种液态金属电池的回收方法，首先本发明针对的液态金属电池包括壳体，导电坩埚，设置在导电坩埚内的电解质、正极、负极以及一端连接负极的负极引出棒。壳体上部设有顶盖，顶盖中间设有绝缘部件陶瓷，负极引出棒竖直放置，其另一端与顶盖中间绝缘部件陶瓷相连并穿出，顶盖与壳体连接方式为焊接。液体金属电池的回收方法包括以下步骤：
(1)在电池工作温度下将废电池正负极引线短接，使负极中的第一金属进入正极，冷却后拆解废旧液态金属电池的顶盖；
(2)将去除顶盖后的液态金属电池加热到预设温度使导电坩埚从壳体脱离；
(3)对导电坩埚加热使内部材料保持液态，将泡沫铁镍去除，分离合金和电解质；
(4)对合金进行电解，分离出合金中的负极的第一金属和正极的第二金属；
(5)回收第一金属、第二金属和步骤(3)的电解质。
优选地，将去除顶盖后的液态金属电池加热所采用的温度范围为400℃～700℃。
优选地，对合金进行电解具体包括：所述合金作为电解槽的正极，泡沫铁镍作为电解槽的负极，在电解液中进行电解。
优选地，电解液为含负极活性金属离子的无机混合盐。
优选地，电解在400℃～700℃下进行。
优选地，第一金属为锂、钠、钾、钙、镁中的任一种，第二金属为锡、锑、铅、铋、碲中的任一种或任意两种的合金。
按照本发明的另一方面，提供了一种液态金属电池的回收装置，包括坩埚、电解液、正极和负极，正极和负极接入电源，液态金属电池正极材料在电解液中电解。
优选地，电解液为含负极活性金属离子的无机混合盐。
优选地，负极为泡沫铁镍。
通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
1、本发明提供的液态金属电池材料的回收方法，通过电解便可实现对电极材料的回收，在拆解电池之前通过短接正负极引线使负极的锂进入正极中，通过电解回收的锂回收率较高，同时液态金属电池的结构简单，只有三层液态结构，不含隔膜，回收快捷方便；
2、本发明提供的液态金属电池材料的回收方法，不需要任何添加剂，相比锂离子电池的回收，通常需要采用一些额外的添加剂，如有机溶剂，溶液，酸类等，因此对于液态金属电池的回收方法简单方便，回收成本低；
3、本发明除了电解过程在高温下进行，绝大部分是在常温下操作，同时不会产生二次污染物，污水气体，对环境友好；
4、本发明提供的液态金属电池材料的回收材料包括负极锂，正极锡锑合金，电解质可以重复使用，避免了重新组装电池而使用新材料造成的浪费。
附图说明
图1是本发明提供的液态金属电池的结构示意图；
图2是本发明提供的液态金属电池的回收方法的流程示意图；
图3是本发明提供的液态金属电池的回收装置的结构示意图；
图4是本发明提供的液态金属电池的回收方法回收的锡锑合金和制备的锡锑合金的X射线衍射图；
附图标注：
1、壳体，2、导电坩埚，3、正极，4、电解质，5、负极，6、负极引出棒，7、顶盖，8、绝缘部件陶瓷。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明针对的液态金属电池如图1所示，包括壳体1，导电坩埚2，导电坩埚2内设有正极3，负极5以及一端连接负极的负极引出棒6，导电坩埚2内盛有电解质4，壳体1上部设有顶盖7，顶盖7中间设有绝缘部件陶瓷8，负极引出棒6竖直放置，其另一端与顶盖7中间绝缘部件陶瓷8相连并穿出，顶盖7与壳体1连接方式为焊接。
本实施例采用的液态金属电池负极材料为锂，正极材料为锡和锑的合金，锡和锑的摩尔比为60:40，且负极锂金属与锑摩尔比为3:1；电解质为氟化锂，氯化锂，溴化锂无机盐的混合物；负极还包括负极集流体，负极集流体为多孔泡沫铁镍；负极引出棒和壳体为不锈钢，导电坩埚为石墨坩埚；壳体为圆柱形；石墨坩埚与壳体之间加入少量锡。
液体金属电池的回收方法如图2所示，包括以下步骤：
(1)收集废旧液态金属电池并在550℃下将正负极引线短接，冷却后去除顶盖7，将剩下部分转移进手套箱中；
(2)将去除顶盖7后的液态金属电池加热到550℃使导电坩埚2从壳体1脱离；
(3)对导电坩埚2加热使内部材料保持液态，将泡沫铁镍去除，分离合金和电解质；
(4)对合金进行电解，由于密度不同和不混溶性，分离出合金中的锂和锡锑合金；
(5)回收步骤(3)的电解质和步骤(4)的电解产生的锡锑合金和吸附在泡沫铁镍的锂。
具体地，将去除顶盖后的液态金属电池加热所采用的温度为550℃。
具体地，对正极合金进行电解具体包括：所述正极合金作为电解槽的正极，泡沫铁镍作为电解槽的负极，在氟化锂，氯化锂和溴化锂的电解液中进行电解。
具体地，电解液为氟化锂，氯化锂和溴化锂的混合盐。
具体地，电解在550℃下进行。
本发明提供的一种液态金属电池的回收装置如图3所示，包括坩埚、电解液、正极和负极，正极设置在导电的石墨坩埚内并和负极接入电源，正极合金在电解液中电解。
具体地，电解液为氟化锂，氯化锂和溴化锂的混合盐。
具体地，负极为泡沫铁镍。
图4是本发明提供的液态金属电池的回收方法回收的锡锑合金和制备的锡锑合金的X射线衍射图，从图中可以看出，利用锡和锑采用和电池正极材料相同的比例制备的合金的X射线衍射图和采用本方法回收的锡锑合金的X射线衍射图在每个衍射角度的衍射峰都能很好的对应，因此本方法回收的合金与原来电池中使用的合金一样，可以作为正极材料使用。
因为在电池运行时电解质中会溶有少量正极材料，所以通过本方法回收的正极锡锑合金回收率约为90％，负极锂回收率约为95％。电池在原来运行过程中考虑到盐的挥发性，在失效时回收的电解质约为50％～60％。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液态金属电池的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)拆解正负极短接后的废旧液态金属电池的顶盖；
(2)将所述去除顶盖后的液态金属电池加热使导电坩埚从壳体脱离；
(3)对所述导电坩埚加热使内部材料保持液态，分离合金和电解质；
(4)对所述合金进行电解，使第一金属和第二金属分离；
(5)回收所述第一金属、第二金属和步骤(3)的电解质。
2.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述将所述去除顶盖后的液态金属电池加热所采用的温度范围为400℃～700℃。
3.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述对所述合金进行电解具体包括：所述合金作为电解槽的正极，泡沫铁镍作为电解槽的负极，在电解液中进行电解。
4.根据权利要求3所述的回收方法，其特征在于，所述电解液为含负极活性金属离子的无机混合盐。
5.根据权利要求3所述的回收方法，其特征在于，所述电解在400℃～700℃下进行。
6.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述第一金属为液态金属电池的负极，所述第二金属为液态金属电池的正极。
7.根据权利要求6所述的回收方法，其特征在于，所述第一金属为锂、钠、钾、钙、镁中的任一种，所述第二金属为锡、锑、铅、铋、碲中的任一种或任意两种的合金。
8.一种液态金属电池的回收装置，其特征在于，包括坩埚、电解液、正极和负极，正极和负极接入电源，所述液态金属电池正极材料在电解液中电解。
9.根据权利要求8所述的回收装置，其特征在于，所述电解液为含负极活性金属离子的无机混合盐。
10.根据权利要求8所述的回收装置，其特征在于，所述负极为泡沫铁镍。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111146520A (zh) * 2019-12-16 2020-05-12 西安交通大学 一种废旧液态金属电池的回收方法
WO2023274066A1 (zh) * 2021-06-29 2023-01-05 维沃移动通信有限公司 电子设备

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101400811A (zh) * 2006-03-10 2009-04-01 埃尔凯姆有限公司 电解生产和精炼金属的方法
CN101580947A (zh) * 2009-06-08 2009-11-18 中南大学 一种电解分离贵锑合金中金和锑的方法
CN102484287A (zh) * 2010-03-12 2012-05-30 住友电气工业株式会社 电池用负极材料、电池用负极前体材料和电池
CN102498589A (zh) * 2009-07-20 2012-06-13 麻省理工学院 液体电极蓄电池
CN104746105A (zh) * 2015-04-14 2015-07-01 锡矿山闪星锑业有限责任公司 一种分离含锑合金的装置及方法
CN106978612A (zh) * 2017-03-16 2017-07-25 广东省稀有金属研究所 一种金属化合物的冶金方法
CN206497961U (zh) * 2016-12-23 2017-09-15 东莞威胜储能技术有限公司 一种液态金属电池及其密封绝缘装置
CN107475751A (zh) * 2017-09-22 2017-12-15 湖南金纯新材料有限公司 一种利用液态合金作为电极制备纯钛的装置及方法
CN107732335A (zh) * 2017-10-09 2018-02-23 中国西电电气股份有限公司 一种液态金属电池的修复方法
CN207525356U (zh) * 2017-09-22 2018-06-22 湖南金纯新材料有限公司 一种利用液态合金作为电极制备纯钛的装置
CN108426928A (zh) * 2018-03-14 2018-08-21 哈尔滨工程大学 在线监测熔盐与液态金属还原萃取稀土离子浓度的方法
US10270139B1 (en) * 2013-03-14 2019-04-23 Ambri Inc. Systems and methods for recycling electrochemical energy storage devices
CN109722538A (zh) * 2019-01-29 2019-05-07 东北大学 一种熔盐电解回收废旧钴酸锂电池中钴和锂的方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101400811A (zh) * 2006-03-10 2009-04-01 埃尔凯姆有限公司 电解生产和精炼金属的方法
CN101580947A (zh) * 2009-06-08 2009-11-18 中南大学 一种电解分离贵锑合金中金和锑的方法
CN102498589A (zh) * 2009-07-20 2012-06-13 麻省理工学院 液体电极蓄电池
CN102484287A (zh) * 2010-03-12 2012-05-30 住友电气工业株式会社 电池用负极材料、电池用负极前体材料和电池
US10270139B1 (en) * 2013-03-14 2019-04-23 Ambri Inc. Systems and methods for recycling electrochemical energy storage devices
CN104746105A (zh) * 2015-04-14 2015-07-01 锡矿山闪星锑业有限责任公司 一种分离含锑合金的装置及方法
CN206497961U (zh) * 2016-12-23 2017-09-15 东莞威胜储能技术有限公司 一种液态金属电池及其密封绝缘装置
CN106978612A (zh) * 2017-03-16 2017-07-25 广东省稀有金属研究所 一种金属化合物的冶金方法
CN107475751A (zh) * 2017-09-22 2017-12-15 湖南金纯新材料有限公司 一种利用液态合金作为电极制备纯钛的装置及方法
CN207525356U (zh) * 2017-09-22 2018-06-22 湖南金纯新材料有限公司 一种利用液态合金作为电极制备纯钛的装置
CN107732335A (zh) * 2017-10-09 2018-02-23 中国西电电气股份有限公司 一种液态金属电池的修复方法
CN108426928A (zh) * 2018-03-14 2018-08-21 哈尔滨工程大学 在线监测熔盐与液态金属还原萃取稀土离子浓度的方法
CN109722538A (zh) * 2019-01-29 2019-05-07 东北大学 一种熔盐电解回收废旧钴酸锂电池中钴和锂的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王康丽等: "《液态金属电池研究进展》", 《储能科学与技术》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111146520A (zh) * 2019-12-16 2020-05-12 西安交通大学 一种废旧液态金属电池的回收方法
WO2023274066A1 (zh) * 2021-06-29 2023-01-05 维沃移动通信有限公司 电子设备

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