CN111900503A - 一种用于锂离子电池放电的混合溶液及其放电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于锂电池放电的混合溶液，所述的用于锂电池放电的混合溶液中的阳离子包括铁离子和锰离子。本发明还涉及一种锂电池放电的方法，包括如下步骤：(1)配置所述用于锂电池放电的混合溶液；(2)将锂电池没入上述用于锂电池放电的混合溶液的液面以下；(3)定时监测锂电池的电压。在本发明所述的混合溶液浸泡的锂电池，具有较高的放电效率，并且其阳极外壳不易溶解，从而降低了锂电池电解液泄漏的可能性。

Description

一种用于锂离子电池放电的混合溶液及其放电方法
技术领域
本发明属于锂电池领域，具体涉及一种用于锂离子电池放电的混合溶液及其放电方法。
背景技术
锂离子电池以其比容量大、电压高、寿命长及无记忆效应的优势，在电子产品、电动汽车等领域的需求量正逐年递增。随着电动汽车和混合电动汽车的发展，国内外锂离子电池的需求量逐年增长，而锂离子电池寿命一般为3～5年，因此会产生大量的废旧电池。锂离子电池中含有许多的金属元素，含有挥发性有机物电解液、粘结剂等等，如果不回收利用，势必会造成严重的浪费，同时对环境和人体具有巨大的潜在危害。因此废旧锂电池的梯次利用和综合回收成越来越受重视。
破碎分选是电池综合回收的主流工艺。但是带电的电芯废旧锂电池破碎前要先进行放电，直至将电池的残余电量放尽。如果有带电电池进入干式破碎机，极有可能在破碎时燃烧甚至爆炸。电池放电的方式主要有电阻式放电和盐溶液放电，盐溶液放电是最适合回收电池大规模工业化放电。盐溶液的溶质种类，及其溶度对放电效果、效率及产气种类有着决定性的作用。然而通常地，锂电池浸泡在传统的放电盐溶液中，放电效率极低，导致操作需要消耗大量人工，因此不适合大规模工业化放电。
另外，由于氯化钠盐溶液放电会产生有毒的氯气，为了避免有害气体生成，人们更倾向于选择不会产生有害气体的溶液。目前硫酸钠溶液是主流选择。然而，硫酸钠溶液放电过程中具有电池金属外壳极易被腐蚀导致电解液泄漏到盐溶液中，这给放电后锂电池进入后续工序带来了风险，如可能引起燃烧甚至爆炸。
因此，亟需找到一种能够克服上述缺陷的盐溶液，使得锂电池在该盐溶液中的放电过程中，具有不易腐蚀电池外壳导致电解液泄漏，并且可以极大地提升锂电池放电效率的特点。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种用于锂电池放电的混合溶液，所述混合溶液中同时含有的阳离子为铁离子和锰离子；本发明还公开了一种采用所述用于锂电池放电的混合溶液进行锂电池放电的方法。
本发明的一个目的，在于提供一种用于锂电池放电的混合溶液，其通过以下技术手段得以实现：
一种用于锂电池放电的混合溶液，所述的用于锂电池放电的混合溶液中包括铁盐和锰盐。
进一步地，所述铁盐选自铁的硫酸盐、硝酸盐的至少一种，优选地，所述锰盐选择锰的硫酸盐、硝酸盐的至少一种。
进一步地，所述的用于锂电池放电的混合溶液中的阳离子不含钠离子或钾离子。
进一步地，所述的用于锂电池放电的混合溶液中铁离子和锰离子的物质的量浓度之比为4:1-10:1。
进一步地，所述的用于锂电池放电的混合溶液中铁离子和锰离子的物质的量浓度之和为1.0-1.5mol/L。
本发明的另外一个目的在于提供一种锂电池的放电方法，通过以下技术手段得以实现：
一种锂电池放电的方法，包括如下步骤：
(1)配置上述用于锂电池放电的混合溶液；
(2)将锂电池没入上述用于锂电池放电的混合溶液的液面以下；
(3)定时监测锂电池的电压。
进行气体置换操作的目的在于，防止锂电池浸泡在混合溶液中的放电过程中，所放出的气体(主要是氢气)在溶液上方堆积，通过及时移除系统中升高的气体浓度，使得后续放电过程顺利进行。
进一步地，所述步骤(2)中锂电池的剩余电量为3.80-3.90V。
进一步地，所述步骤(3)中监测锂电池的电压的步骤为：每隔0.5-1h，将锂电池从混合溶液中取出，并测试锂电池的电压。
进一步地，所述步骤(1)中，在混合溶液上方进行气体置换操作。
进一步地，所述气体置换操作所用的装置为抽风装置。
本发明具有以下有益效果：
(1)令人意外地发现，本发明所公布的用于锂电池放电的混合溶液，采用锰离子与铁离子的复配，可以有效地保证电池极快地完成放电过程，使得锂电池放电效率显著地提升，具体表现为：在相同的放电时间的条件下，用本发明所述的混合溶液浸泡后的锂电池平均测试电压更低(在浸泡3h时，测试电压接近于0V)，而平均残余电量也几乎为0。以上数据表明了锂电池在本发明所述的混合溶液中，放电行为显著且彻底。
(2)在本发明所公布的用于锂电池放电的混合溶液中，选用铁、锰离子作为混合溶液中的阳离子，是由于锂电池的外壳主要金属成分为铁单质，并且含有少量的锰单质，因此铁、锰离子在溶液中大量存在，可以有效地防止锂电池的外壳被快速溶解，从而降低了电解液泄漏的可能性，极大地消除了放电后锂电池进入后续工序可能引发的燃烧的风险。
附图说明
图1是未经混合溶液浸泡时的锂电池的外观图；
图2是经实施例1所述的混合溶液浸泡3h后的锂电池的外观图；
图3是经对比例1所述的硫酸钠的饱和溶液浸泡3h后的锂电池的外观图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。本发明实施例所述原料均为市售，除非特别说明，采用的原料和方法为本技术领域常规原料和方法。
其中，实施例中所述锂电池为废旧锂电池，型号均为18650电池；
所述抽风装置为抽风机，型号为CF-11；
本发明所公开的实施例和对比例中，
测试锂电池的电源的方法为：将万用表的正负极分别连接待测锂电池的正负两端并读数。
残余电量的定义为：电池剩余电量占电池满电状态的百分比。
测试锂电池的残余电量的方法为：测试电池正负极两端的电压，根据电池的充放电曲线读出电池的剩余电量。
实施例1
一种用于锂电池放电的混合溶液，溶质为硫酸铁和硫酸锰。
一种锂电池放电的方法，包括如下步骤：
(1)在敞口容器中，配置硫酸铁和硫酸锰的混合溶液10L，其中在混合溶液中，硫酸铁的物质的量浓度为0.66mol/L，硫酸锰的物质的量浓度为0.33mol/L。在混合溶液上方设置功率为1.5kw的抽风机进行气体置换；
(2)将20节锂电池进行剩余电量的测定，并计算平均值，得到测试前锂电池剩余电量为3.87V，然后室温下将锂电池同时没入上述的混合溶液的液面以下；
(3)每隔1小时，将所有锂电池从混合溶液中取出，并测试每一节锂电池的电压，直到第三次测试，所有锂电池的的电压接近于0V，放电结束，并计算平均值。
实施例2
一种用于锂电池放电的混合溶液，溶质为硫酸铁和硫酸锰。
一种锂电池放电的方法，包括如下步骤：
(1)在敞口容器中，配置硫酸铁和硫酸锰的混合溶液10L，其中在混合溶液中，硫酸铁的物质的量浓度为0.68mol/L，硫酸锰的物质的量浓度为0.14mol/L。在混合溶液上方设置功率为1.5kw的抽风机进行气体置换；
(2)将20节锂电池进行剩余电量的测定，并计算平均值，得到测试前锂电池剩余电量为3.80V，然后室温下将锂电池同时没入上述的混合溶液的液面以下；
(3)每隔1小时，将所有锂电池从混合溶液中取出，并测试每一节锂电池的电压，直到第三次测试，所有锂电池的的电压接近于0V，放电结束，并计算平均值。
实施例3
一种用于锂电池放电的混合溶液，溶质为硝酸铁和硝酸锰。
一种锂电池放电的方法，包括如下步骤：
(1)在敞口容器中，配置硝酸铁和硝酸锰的混合溶液10L，其中在混合溶液中，硝酸铁的物质的量浓度为0.40mol/L，硝酸锰的物质的量浓度为0.10mol/L。在混合溶液上方设置功率为1.5kw的抽风机进行气体置换；
(2)将20节锂电池进行剩余电量的测定，并计算平均值，得到测试前锂电池剩余电量为3.82V，然后室温下将锂电池同时没入上述的混合溶液的液面以下；
(3)每隔1小时，将所有锂电池从混合溶液中取出，并测试每一节锂电池的电压，直到第三次测试，所有锂电池的的电压接近于0V，放电结束，并计算平均值。
对比例1
一种用于锂电池放电的混合溶液，溶质为硫酸钠的饱和溶液。
对比例1与实施例1的测试方法相同，唯一的不同在于，对比例1是以配置室温下硫酸钠的饱和溶液10L，代替硫酸铁和硫酸锰的混合溶液10L。
每隔1小时，将所有锂电池从混合溶液中取出，并测试每一节锂电池的电压，经过第三、第四次和第五次测试时，发现所有锂电池的的电压水平几乎不再显著下降，放电结束，并计算平均值。
相关测试
根据上述实施例1-3和对比例1的测试过程，将不同测试时间下，在不同混合溶液中的20节锂电池的平均测试电压和平均残余电量的数据罗列在表1中。
表1不同测试时间下，在不同混合溶液中的锂电池的平均测试电压和平均残余电量
Figure BDA0002617792860000041
Figure BDA0002617792860000051
从表1中数据可以看出，经本发明的用于锂电池放电的混合溶液浸泡后的锂电池，相比于经对比例1中的溶液浸泡后的锂电池，在放电时间相同的条件下，前者的放电效率比后者显著地提升，具体表现为实施例1-3中经混合溶液浸泡的锂电池平均测试电压值平均残余电量两个参数，显著地低于对比例中的相应数值。
图1-3分别示出了未经混合溶液浸泡时的锂电池、经实施例1所述的混合溶液浸泡3h后的锂电池，以及经对比例1所述的硫酸钠的饱和溶液浸泡3h后的锂电池的外观图。从图中可以看出，经硫酸钠的饱和溶液浸泡3h后，锂电池的阳极腐蚀较为严重，存在电解液泄漏的风险；而经实施例1所述的混合溶液浸泡3h后，锂电池的阳极几乎不存在腐蚀的现象，因此电解液不会泄漏到混合溶液中，这样极大地消除了放电后锂电池进入后续工序可能引发的燃烧的风险。

Claims (10)

1.一种用于锂电池放电的混合溶液，其特征在于，所述的用于锂电池放电的混合溶液中包括铁盐和锰盐。
2.根据权利要求1所述的用于锂电池放电的混合溶液，其特征在于，所述铁盐选自铁的硫酸盐、硝酸盐的至少一种，优选地，所述锰盐选择锰的硫酸盐、硝酸盐的至少一种。
3.根据权利要求1所述的用于锂电池放电的混合溶液，其特征在于，所述的用于锂电池放电的混合溶液中的阳离子不含钠离子或钾离子。
4.根据权利要求1所述的用于锂电池放电的混合溶液，其特征在于，所述的用于锂电池放电的混合溶液中铁离子和锰离子的物质的量浓度之比为4:1-10:1。
5.根据权利要求1所述的用于锂电池放电的混合溶液，其特征在于，所述的用于锂电池放电的混合溶液中铁离子和锰离子的物质的量浓度之和为1.0-1.5mol/L。
6.一种锂电池放电的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配置根据权利要求1-5任一项所述的用于锂电池放电的混合溶液；
(2)将锂电池没入上述用于锂电池放电的混合溶液的液面以下；
(3)定时监测锂电池的电压。
7.根据权利要求6所述锂电池放电的方法，其特征在于，所述步骤(2)中锂电池的剩余电量为3.80-3.90V。
8.根据权利要求6所述锂电池放电的方法，其特征在于，所述步骤(3)中监测锂电池的电压的步骤为：每隔0.5-1h，将锂电池从混合溶液中取出，并测试锂电池的电压。
9.根据权利要求6所述锂电池放电的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在混合溶液上方进行气体置换操作。
10.根据权利要求9所述锂电池放电的方法，其特征在于，所述气体置换操作所用的装置为抽风装置。
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