CN116722253B - 一种退役三元锂电池的极性材料浸出方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能源回收再制备技术领域,揭露了一种退役三元锂电池的极性材料浸出方法及装置,包括:启动锂电池放电拆解模块、分离焙烧模块、浸出模块及极性材料制备模块,对退役三元锂电池执行放电、拆解、筛选、研磨、离心、静电分离、极性材料浸出与极性材料再制备操作,其中,浸出模块借助浸出模型设置最优浸出条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间与pH值,提升三元锂电池极性材料的浸出效率,进一步地,添加乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰调节剂、草酸溶液以及Li2CO3锂源,制备具备电化学性能的三元锂电池极性材料,提升浸出质量。本发明主要目的在于解决传统湿法与火攻法存在浸出率较低、浸出质量较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种退役三元锂电池的极性材料浸出方法及装置,属于能源回收再利用技术领域。
背景技术
退役锂离子电池中含有大量的钴、镍、锂等金属元素,具备较高的经济价值,对退役锂电池进行回收,在获得较好经济效益的同时,可以避免废旧锂电池随意丢弃造成的环境污染。当下,关于退役三元锂电池极性材料浸出的研究如火如荼,如何在提升浸出效率的同时,增加浸出材料的可利用率成为备受关注的问题。
目前,关于三元锂电池极性材料的浸出方法主要依赖于湿法与火攻法。湿法主要采用酸浸、碱浸或生物浸出的方式,通过化学反应,浸出锂电池中的极性材料。火攻法采用机械破碎与高温煅烧相结合的方式,先用机械法将锂电池研碎,再采用高温煅烧的方式,对退役锂电池的杂质进行过滤,提取纯净极性材料。
上述方法虽然可实现在一定程度上对退役三元锂电池的极性材料进行浸出,但由于退役锂电池的成分复杂,数量较多,传统湿法与火攻法存在回收率较低、回收质量较差的问题。
发明内容
本发明提供一种退役三元锂电池的极性材料浸出方法、装置及计算机可读存储介质,其主要目的在于解决传统湿法与火攻法存在的浸出率较低、浸出质量较差的问题。
为实现上述目的,本发明提供的一种退役三元锂电池的极性材料浸出方法,包括:
获取退役三元锂电池,对所述退役三元锂电池进行放电,实时监测所述退役三元锂电池的电压,得到电压在1.0V以下的放电三元锂电池;
拆解所述放电三元锂电池,得到小于指定体积的三元锂电池碎片;
开启仪器探测仪,对所述三元锂电池碎片进行筛选,并依此启动研磨机、离心机与分离器,对所述三元锂电池碎片进行研磨、离心与静电分离操作,得到富集极性材料;
启动焙烧器,焙烧所述富集极性材料,持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并调整焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,过滤掉所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂,得到清洁极性材料;
调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述清洁极性材料进行浸出,得到含有Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子的金属盐溶液;
在所述金属盐溶液中加入乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰调节剂,并用蠕动泵将草酸溶液匀速滴入所述金属盐溶液中,经磁力搅拌后,得到混合金属沉淀物;
将所述金属沉淀物静置第二指定时间,经过滤、洗涤、干燥操作后,在500摄氏度的所述焙烧器中焙烧至第三指定时间,得到草酸镍钴锰前体;
将Li2CO3作为锂源,与所述草酸镍钴锰前体进行混合,其中,混合比例为1.05:1,得到极性材料混合物;
利用所述焙烧器焙烧所述极性材料混合物至第四指定时间,得到浸出极性材料,完成退役三元锂电池的极性材料浸出。
可选地,所述开启仪器探测仪,对所述三元锂电池碎片进行筛选,并依此启动研磨机、离心机与分离器,对所述三元锂电池碎片进行研磨、离心与静电分离操作,得到富集极性材料,包括:
开启所述仪器探测仪,调取预设的材料参数,识别所述三元锂电池碎片中的铝箔、塑料与铜箔,对所述三元锂电池碎片中的铝箔、塑料与铜箔进行剥离,得到筛选三元锂电池碎片;
将所述筛选三元锂电池碎片传送至所述研磨机进行研磨,得到三元锂电池粉末;
启动所述离心机与分离器,对三元锂电池粉末进行离心操作,分离出所述三元锂电池粉末中的石墨、硅碳与隔膜材料,得到富集极性材料。
可选地,所述持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并调整焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,过滤掉所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂,得到清洁极性材料,包括:
设置所述烘焙器初始温度为500摄氏度,焙烧所述富集极性材料;
记录安装在所述烘焙器内电子计重器与体积仪的数值,得到所述富集极性材料的质量与所述富集极性材料的体积;
利用所述仪器探测仪,持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并运用如下公式计算所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂含量:
其中,为所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂含量(%),/>为所述富集极性材料中的粘结剂浓度,/>为所述富集极性材料中的导电剂浓度,/>为所述富集极性材料的质量,/>为所述富集极性材料的体积;
持续提升所述烘焙器焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,得到所述清洁极性材料。
可选地,所述调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述清洁极性材料进行浸出,包括:
配置所述磷酸与双氧水浸出试剂,并将所述浸出试剂与所述清洁极性材料进行混合,得到浸出液;
调用预构建的浸出率计算模型,计算所述浸出液的浸出率;
将所述浸出率代入预构建的浸出条件模型,依此判断最大浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,并将所述最大浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值设置为所述最优浸出条件。
可选地,所述调用预构建的浸出率计算模型,计算所述浸出液的浸出率,包括:
利用所述仪器探测仪,测量所述清洁极性材料中的Ni离子、Co离子、Mn离子、Li离子含量与所述浸出液中Ni离子、Co离子、Mn离子、Li离子浓度,并利用电子计重器与体积仪测量所述浸出液的体积与所述清洁极性材料的质量;
调用如下浸出率计算模型,计算所述浸出液的浸出率:
其中,为所述浸出液的浸出率,/>为所述浸出液中Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子浓度,/>为所述浸出液的体积,/>为所述清洁极性材料中的Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子含量,/>为所述清洁极性材料的质量。
可选地,所述将所述浸出率代入预构建的浸出条件模型,依此判断最大浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,并将所述最大浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值设置为所述最优浸出条件,包括:
设置实验组,获取多组温度、搅拌速率、浸出时间、pH值与浸出率的值,得到多组浸出条件值;
利用所述多组浸出条件值,拟合浸出率关于浸出条件温度、搅拌速率、浸出时间、pH值的函数,得到如下所述预构建的浸出条件模型:
其中,为所述浸出液的浸出率,a、b、c、d为所述浸出条件模型的常数,/>为温度,s为搅拌速率、t为浸出时间、pH为浸出pH值,n为调整浸出条件的次数;
求解所述浸出条件模型中浸出率最高时对应的温度、搅拌速率、浸出时间与pH值,得到所述最优浸出条件。
可选地,所述设置实验组,获取多组温度、搅拌速率、浸出时间、pH值与浸出率的值,得到多组浸出条件值,包括:
设置第一组实验,控制搅拌速率、浸出时间与pH值不变,在[Tk,Tm]摄氏度区间,以f摄氏度为间隔,取n1个温度值,测算n1个温度值对应的浸出率,形成一组温度-浸出率数值;
设置第二组实验,控制温度、浸出时间与pH值不变,在[vk,vm]转/秒区间,以p转/秒为间隔,取n2个搅拌速率值,测算n2个搅拌速率值对应的浸出率,形成一组搅拌速率-浸出率数值;
设置第三组实验,控制温度、搅拌速率与pH值不变,在[tk,tm]分钟区间,以g分钟为间隔,取n3个浸出时间值,测算n3个浸出时间值对应的浸出率,形成一组浸出时间-浸出率数值;
设置第四组实验,控制温度、搅拌速率与浸出时间值不变,在[pk,pm]pH区间,以hpH值为间隔,取n4个pH值,测算n4个pH值对应的浸出率,形成一组pH-浸出率数值;
汇总所述一组温度-浸出率数值、一组搅拌速率-浸出率数值、一组浸出时间-浸出率数值与一组pH-浸出率数值,得到多组浸出条件值。
可选地,所述求解所述浸出条件模型中浸出率最高时对应的温度、搅拌速率、浸出时间与pH值,得到所述最优浸出条件,包括:
绘制平面直角坐标系,设置纵坐标为浸出率数值,横坐标为温度、搅拌速率、浸出时间与pH值;
将所述多组浸出条件值在平面直角坐标系中进行描点,并分别连线,得到温度-浸出率拟合曲线、搅拌速率-浸出率拟合曲线、浸出时间-浸出率拟合曲线、pH-浸出率拟合曲线;
计算所述温度-浸出率拟合曲线、搅拌速率-浸出率拟合曲线、浸出时间-浸出率拟合曲线、pH-浸出率拟合曲线中浸出率数值最高点对应的温度、搅拌速率、浸出时间与pH值,得到所述最优浸出条件。
可选地,所述持续提升所述烘焙器焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,得到所述清洁极性材料,包括:
设置所述烘焙器的初始焙烧温度为T0,利用所述仪器探测仪检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,得到初始浓度值;
判断所述初始浓度值是否低于预设的浓度值,若低于,结束焙烧,若不低于,持续将所述焙器焙烧温度由T0提升至T1,并持续利用所述仪器探测仪检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,直至焙烧时间达到第一指定时间,所述仪器探测仪检测的粘结剂与导电剂浓度低于预设的浓度值,结束焙烧。
为了解决上述问题,本发明还提供一种退役三元锂电池的极性材料浸出装置,所述装置包括:
锂电池放电拆解模块,用于获取退役三元锂电池,对所述退役三元锂电池进行放电,实时监测所述退役三元锂电池的电压,得到电压在1.0V以下的放电三元锂电池,拆解所述放电三元锂电池,得到小于指定体积的三元锂电池碎片;
分离焙烧模块,用于开启仪器探测仪,对所述三元锂电池碎片进行筛选,并依此启动研磨机、离心机与分离器,对所述三元锂电池碎片进行研磨、离心与静电分离操作,得到富集极性材料,启动焙烧器,焙烧所述富集极性材料,持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并调整焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,过滤掉所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂,得到清洁极性材料;
浸出模块,用于利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述清洁极性材料进行浸出,调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,得到含有Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子的金属盐溶液;
极性材料制备模块,用于在所述金属盐溶液中加入乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰调节剂,并用蠕动泵将草酸溶液匀速滴入所述金属盐溶液中,经磁力搅拌后,得到混合金属沉淀物,将所述金属沉淀物静置第二指定时间,经过滤、洗涤、干燥操作后,在500摄氏度的所述焙烧器中焙烧至第三指定时间,得到草酸镍钴锰前体,将Li2CO3作为锂源,与所述草酸镍钴锰前体进行混合,其中,混合比例为1.05:1,得到极性材料混合物,利用所述焙烧器焙烧所述极性材料混合物至第四指定时间,得到浸出极性材料,完成退役三元锂电池的极性材料浸出。
为了解决上述问题,本发明还提供一种电子设备,所述电子设备包括:
至少一个处理器;以及,
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以实现上述所述的退役三元锂电池的极性材料浸出方法。
为了解决上述问题,本发明还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中存储有至少一个指令,所述至少一个指令被电子设备中的处理器执行以实现上述所述的退役三元锂电池的极性材料浸出方法。
相比于背景技术所述问题,本发明实施例先对获取的退役三元锂电池进行放电,确保所述退役三元锂电池的电压在1.0V以下,并利用机械法将放电后的三元锂电池拆分为小于指定体积的三元锂电池碎片,接下来,借助仪器探测仪、研磨机、离心机、分离机与焙烧器对所述三元锂电池碎片中的铝箔、铜箔、塑料、负极材料、粘结剂与导电剂进行剔除,可见相比于传统湿法与火攻法来说,本发明实施例对所述退役三元锂电池极性材料进行浸出时有全自动智能仪器的参与,通过仪器参数的预先设置,焙烧温度与时间的实时调整,能够全自动且且快速的过滤掉所述退役三元锂电池中的杂质与不含经济价值的成分,提升了传统湿法与火攻法的浸出效率,进一步地,利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述三元锂电池的极性材料进行浸出,调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,可见,相比于传统极性材料湿法与火攻法来说,本发明实施例构建浸出率模型,判断比较不同温度、搅拌速率、浸出时间、pH值下极性材料的浸出率,并将极性材料最高浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值设置为最优浸出条件,提升了传统湿法与火攻法的浸出效率。接下来,加入乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰调节剂,调节浸出溶液中Ni、Co、Mn的摩尔比为1:1:1,并用蠕动泵将草酸溶液匀速滴入促进极性材料沉淀,最后经过滤、洗涤、干燥、焙烧操作后,按1.05:1的比例,将Li2CO3锂源与所沉淀物进行混合,得到再生三元锂电池极性材料,完成退役三元锂电池的极性材料浸出,相比于传统湿法与火攻法,本发明实施例对浸出溶液中的极性材料进行了再制备,得到了具备电化学性能的极性材料,提升了传统湿法与火攻法的浸出质量。因此本发明提出的退役三元锂电池的极性材料浸出方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质,其可以解决传统湿法与火攻法存在的浸出率较低、浸出质量较差的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的退役三元锂电池的极性材料浸出方法的流程示意图;
图2为本发明一实施例提供的退役三元锂电池的极性材料浸出装置的功能模块图;
图3为本发明一实施例提供的实现所述退役三元锂电池的极性材料浸出方法的电子设备的结构示意图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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。
本申请实施例提供一种退役三元锂电池的极性材料浸出方法。所述退役三元锂电池的极性材料浸出方法的执行主体包括但不限于服务端、终端等能够被配置为执行本申请实施例提供的该方法的电子设备中的至少一种。换言之,所述退役三元锂电池的极性材料浸出方法可以由安装在终端设备或服务端设备的软件或硬件来执行。所述服务端包括但不限于:单台服务器、服务器集群、云端服务器或云端服务器集群等。
实施例1:
参照图1所示,为本发明一实施例提供的退役三元锂电池的极性材料浸出方法的流程示意图。在本实施例中,所述退役三元锂电池的极性材料浸出方法包括:
S1、获取退役三元锂电池,对所述退役三元锂电池进行放电,实时监测所述退役三元锂电池的电压,得到电压在1.0V以下的放电三元锂电池。
可解释的是,虽然退役三元锂电池已经达到了使用寿命,但是仍有一部分残余电量,若锂电池在回收中发生短路或自燃,极有可能引发严重爆炸,同时锂电池的结构复杂且密集,为了保证退役三元锂电池极性材料浸出流程的顺利进行,需要先对退役三元锂电池进行放电处理,一般认为处理退役三元锂电池的安全电压为1v。
本发明实施例将所述退役锂电池放置于放电池内,用20%的NaCl溶液中进行放电处理,并在所述放电池内按照电压表,实时监测所述退役三元锂电池的电压,指导电压表读数小于1v,此时认为所述退役三元锂电池满足进一步处理的安全电压,停止放电操作。
S2、拆解所述放电三元锂电池,得到小于指定体积的三元锂电池碎片。
需注意的是,所述放电三元锂电池都是由金属外壳和塑料密封包裹的,这就需要对所放电三元锂电池进行拆解,将其拆解为体积小于1cm*1cm的所述三元锂电池碎片,方面后续对杂质与无经济价值的极性材料进行剥离。
本发明实施例通过计算机程序设计,借助机械拆解器,可以对所述放电三元锂电池实现全自动、高效率拆解,大大提升了极性材料浸出效率。
S3、开启仪器探测仪,对所述三元锂电池碎片进行筛选,并依此启动研磨机、离心机与分离器,对所述三元锂电池碎片进行研磨、离心与静电分离操作,得到富集极性材料。
可理解的是,所述三元锂电池一般由正极材料、负极材料(主要为石墨和硅碳)、隔膜、塑料外壳、粘合剂与导电剂6部分组成,本发明实施例进出的极性材料主要为正极材料中的Ni、Co、Mn与Li,因此,需要先将正极材料中的铝箔、铜箔以及所述负极材料、隔膜、塑料外壳、粘合剂与导电剂进行剔除。
本发明实施例第一步要做的就是过滤掉所述正极材料中的铝箔、铜箔、负极材料、隔膜与塑料外壳,详细地,所述开启仪器探测仪,对所述三元锂电池碎片进行筛选,并依此启动研磨机、离心机与分离器,对所述三元锂电池碎片进行研磨、离心与静电分离操作,得到富集极性材料,包括:
开启所述仪器探测仪,调取预设的材料参数,识别所述三元锂电池碎片中的铝箔、塑料与铜箔,对所述三元锂电池碎片中的铝箔、塑料与铜箔进行剥离,得到筛选三元锂电池碎片;
将所述筛选三元锂电池碎片传送至所述研磨机进行研磨,得到三元锂电池粉末;
启动所述离心机与分离器,对三元锂电池粉末进行离心操作,分离出所述三元锂电池粉末中的石墨、硅碳与隔膜材料,得到富集极性材料。
需解释的是,本发明实施例首先开启所述仪器探测仪,设置参数为铝箔特征参数,所述仪器探测仪可自动将所述三元锂电池碎片中的铝箔进行剥离,更改所述仪器探测仪的参数为塑料特征参数,所述仪器探测仪可自动将所述三元锂电池碎片中的塑料进行剥离,最后将所述仪器探测仪的参数修改为铜箔特征参数,将所述三元锂电池碎片中铜箔进行提出。其次,本发明实施例启动研磨机,将剔除掉铝箔、塑料和铜箔的所述筛选三元锂电池碎片进行研磨,得到所述三元锂电池粉末,并通过密度与颗粒大小,对所述三元锂电池粉末中的石墨、硅碳与隔膜材料进行分析,得到所述富集极性材料。
S4、启动焙烧器,焙烧所述富集极性材料,持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并调整焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,过滤掉所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂,得到清洁极性材料。
本发明实施例S3的步骤主要为了完成所述正极材料中的铝箔、铜箔以及所述负极材料、隔膜、塑料外壳的剔除,为了保证锂电池极性材料的浸出质量,退役锂电池中的粘结剂与导电剂也需要剔除,本发明实施例S4的步骤主要采用焙烧的方法,完成退役锂电池中的粘结剂与导电剂剔除。
具体地,所述持续提升所述烘焙器焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,得到所述清洁极性材料,包括:
设置所述烘焙器的初始焙烧温度为T0,利用所述仪器探测仪检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,得到初始浓度值;
判断所述初始浓度值是否低于预设的浓度值,若低于,结束焙烧,若不低于,持续将所述焙器焙烧温度由T0提升至T1,并持续利用所述仪器探测仪检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,直至焙烧时间达到第一指定时间,所述仪器探测仪检测的粘结剂与导电剂浓度低于预设的浓度值,结束焙烧。
需解释的是,本发明实施例采用如下温度调整模型,判断所述仪器探测仪检测的粘结剂与导电剂浓度是否低于预设的浓度值,并根据判断结果,自主调整所述焙烧器焙烧的温度:
其中,为所述焙烧器自动调整的焙烧温度,/>为所述焙烧器的初始焙烧温度,/>为所述富集极性材料中的粘结剂浓度,/>为所述富集极性材料中的导电剂浓度,k为判断所述仪器探测仪检测的粘结剂与导电剂浓度是否低于预设浓度值的次数,/>为本发明实施例预设的粘结剂与导电剂浓度值0.5mol/L,/>为所述焙烧器内因粘结剂与导电剂焙烧蒸发导致的温度降低值。示例性的,如果判断所述仪器探测仪检测的粘结剂与导电剂浓度(/>+/>)高于/>(0.5mol/L),所述烘焙器的温度会升高至初始温度/>的/>倍,并加上因粘结剂与导电剂焙烧蒸发所述焙烧器温度下降的值/>,如果判断所述仪器探测仪检测的粘结剂与导电剂浓度(/>+/>)低于/>(0.5mol/L),焙烧停止,焙烧时间至所述第一指定时间。
具体地,利用如下温度变化值计算模型,计算所述温度调整模型中的:
其中,为所述焙烧器内因粘结剂与导电剂焙烧蒸发导致的温度降低值,/>为所述富集极性材料粘结剂浓度变化值,/>为所述富集极性材料导电剂浓度变化值,/>为所述富集极性材料质量变化值,/>为两次判断所述仪器探测仪检测的粘结剂与导电剂浓度是否低于预设的浓度值的时间间隔。本发明实施例在每次判断所述仪器探测仪检测的粘结剂与导电剂浓度是否低于预设的浓度值时,所述仪器探测仪会自动返回/>、/>的值,系统可以根据两次判断的时间间隔,自动得出/>、/>、/>、/>的值,并依据所述温度变化值计算模型,自动求解/>,并将/>代入所述温度调整模型,得到所述焙烧器自动调整的焙烧温度/>。
详细地,所述持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并调整焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,过滤掉所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂,得到清洁极性材料,包括:
设置所述烘焙器初始温度为500摄氏度,焙烧所述富集极性材料;
记录安装在所述烘焙器内电子计重器与体积仪的数值,得到所述富集极性材料的质量与所述富集极性材料的体积;
利用所述仪器探测仪,持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并运用如下公式计算所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂含量:
其中,为所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂含量(%),/>为所述富集极性材料中的粘结剂浓度,/>为所述富集极性材料中的导电剂浓度,/>为所述富集极性材料的质量,/>为所述富集极性材料的体积;
持续提升所述烘焙器焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,得到所述清洁极性材料。
S5、调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述清洁极性材料进行浸出,得到含有Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子的金属盐溶液。
详细地,所述调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述清洁极性材料进行浸出,包括:
配置所述磷酸与双氧水浸出试剂,并将所述浸出试剂与所述清洁极性材料进行混合,得到浸出液;
调用预构建的浸出率计算模型,计算所述浸出液的浸出率;
将所述浸出率代入预构建的浸出条件模型,依此判断最大浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,并将所述最大浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值设置为所述最优浸出条件。
其中,需要说明的是,经实验数据比对与参考文献支持,本发明示例利用2mol/L的磷酸与4%的双氧水配置所述浸出试剂,其中,磷酸与双氧水的配置比为8:1.
进一步地,所述调用预构建的浸出率计算模型,计算所述浸出液的浸出率,包括:
利用所述仪器探测仪,测量所述清洁极性材料中的Ni离子、Co离子、Mn离子、Li离子含量与所述浸出液中Ni离子、Co离子、Mn离子、Li离子浓度,并利用电子计重器与体积仪测量所述浸出液的体积与所述清洁极性材料的质量;
调用如下浸出率计算模型,计算所述浸出液的浸出率:
其中,为所述浸出液的浸出率,/>为所述浸出液中Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子浓度,/>为所述浸出液的体积,/>为所述清洁极性材料中的Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子含量,/>为所述清洁极性材料的质量。
接下来,所述将所述浸出率代入预构建的浸出条件模型,依此判断最大浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,并将所述最大浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值设置为所述最优浸出条件,包括:
设置实验组,获取多组温度、搅拌速率、浸出时间、pH值与浸出率的值,得到多组浸出条件值;
利用所述多组浸出条件值,拟合浸出率关于浸出条件温度、搅拌速率、浸出时间、pH值的函数,得到如下所述预构建的浸出条件模型:
其中,为所述浸出液的浸出率,a、b、c、d为所述浸出条件模型的常数,/>为温度,s为搅拌速率、t为浸出时间、pH为浸出pH值,n为调整浸出条件的次数;
求解所述浸出条件模型中浸出率最高时对应的温度、搅拌速率、浸出时间与pH值,得到所述最优浸出条件。
深入地,所述设置实验组,获取多组温度、搅拌速率、浸出时间、pH值与浸出率的值,得到多组浸出条件值,包括:
设置第一组实验,控制搅拌速率、浸出时间与pH值不变,在[Tk,Tm]摄氏度区间,以f摄氏度为间隔,取n1个温度值,测算n1个温度值对应的浸出率,形成一组温度-浸出率数值;
设置第二组实验,控制温度、浸出时间与pH值不变,在[vk,vm]转/秒区间,以p转/秒为间隔,取n2个搅拌速率值,测算n2个搅拌速率值对应的浸出率,形成一组搅拌速率-浸出率数值;
设置第三组实验,控制温度、搅拌速率与pH值不变,在[tk,tm]分钟区间,以g分钟为间隔,取n3个浸出时间值,测算n3个浸出时间值对应的浸出率,形成一组浸出时间-浸出率数值;
设置第四组实验,控制温度、搅拌速率与浸出时间值不变,在[pk,pm]pH区间,以hpH值为间隔,取n4个pH值,测算n4个pH值对应的浸出率,形成一组pH-浸出率数值;
汇总所述一组温度-浸出率数值、一组搅拌速率-浸出率数值、一组浸出时间-浸出率数值与一组pH-浸出率数值,得到多组浸出条件值。
最后,所述求解所述浸出条件模型中浸出率最高时对应的温度、搅拌速率、浸出时间与pH值,得到所述最优浸出条件,包括:
绘制平面直角坐标系,设置纵坐标为浸出率数值,横坐标为温度、搅拌速率、浸出时间与pH值;
将所述多组浸出条件值在平面直角坐标系中进行描点,并分别连线,得到温度-浸出率拟合曲线、搅拌速率-浸出率拟合曲线、浸出时间-浸出率拟合曲线、pH-浸出率拟合曲线;
计算所述温度-浸出率拟合曲线、搅拌速率-浸出率拟合曲线、浸出时间-浸出率拟合曲线、pH-浸出率拟合曲线中浸出率数值最高点对应的温度、搅拌速率、浸出时间与pH值,得到所述最优浸出条件。
需清楚的是,本发明实施例通过计算机自动数据描点——曲线拟合——求微分解的方式,计算得到科学的最优浸出条件,以最优浸出条件对应的温度求解过程为例,计算机接收实验组的数据,绘制平面直角坐标系,设置纵坐标为浸出率,设置横坐标为温度,将所述一组温度-浸出率的数据描点在坐标系中,采用最优曲线连接所述一组温度-浸出率数值的数据点,得到所述温度-浸出率拟合曲线,利用如下拟合模型拟合所述温度-浸出率拟合曲线:
其中,为所述浸出液的浸出率,/>为温度,o为所述一组温度-浸出率数值的数据点,/>为模型的常数,/>为模型的误差值,通过拟合模型,对参数T求偏微分(d/>/d/>),便可以得到所述浸出率/>最大时T值的解,就是最优浸出条件对应的温度,计算机自动根据计算结果,对所述浸出条件的温度进行修正。同样的,本发明实施例利用同样的方法,计算并设置所述最优浸出条件对应的搅拌速率、浸出时间与pH值。
S6、在所述金属盐溶液中加入乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰调节剂,并用蠕动泵将草酸溶液匀速滴入所述金属盐溶液中,经磁力搅拌后,得到混合金属沉淀物。
需理解的是,退役三元锂电池极性材料被浸出后,Ni、Co、Mn、Li以离子的形式存在于所述金属盐溶液中,为了提升退役三元锂电池极性材料的浸出质量,避免对所述金属盐溶液中的各金属元素进行分离,需重新制备三元正极材料,这核心的问题就是去除所述金属盐溶液中的杂质,控制合成条件,确保三元锂电池极性材料的电化学性能。
本发明实施例为制成电化学性能良好的三元锂电池极性材料,首先加入所述乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰调节剂,将所述金属盐溶液中的Ni、Co、Mn的摩尔比为1:1:1,其次,使用蠕动泵将2mol/L的草酸溶液匀速滴入所述金属盐溶液中,并运用磁力搅拌,加速所述金属盐溶液产生沉淀。
S7、将所述金属沉淀物静置第二指定时间,经过滤、洗涤、干燥操作后,在500摄氏度的所述焙烧器中焙烧至第三指定时间,得到草酸镍钴锰前体。
根据S6步骤可知,在所述金属盐溶液加入调节剂与草酸溶液,便于析出所述混合金属沉淀物,完成锂电池极性材料析出的第一步,因此步骤S7的主要目的是完成锂电池极性材料析出的第二步,制备草酸镍钴锰前体。
可知晓的是,步骤S7的静置、过滤、洗涤、干燥及焙烧操作,是为了得到清洁的草酸镍钴锰前体。
S8、将Li2CO3作为锂源,与所述草酸镍钴锰前体进行混合,其中,混合比例为1.05:1,得到极性材料混合物。
可理解的是,S5步骤中,加入了所述乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰,来保证所述金属盐溶液中的Ni、Co、Mn的摩尔比为1:1:1,为了得到元素配比科学的三元锂电池极性材料,S6步骤需要加入Li2co3锂源,调节所述草酸镍钴锰前体中Li元素含量,而所述Li2CO3与所述草酸镍钴锰前体混合比例1.05:1的设置,可以保证极性材料混合物中,li元素含量是Ni、Co、Mn元素含量的3倍。
S9、利用所述焙烧器焙烧所述极性材料混合物至第四指定时间,得到浸出极性材料,完成退役三元锂电池的极性材料浸出。
本发明实施例将所述极性材料混合物焙烧12h后,得到极性材料,完成退役三元锂电池的极性材料浸出。
相比于背景技术所述问题,本发明实施例先对获取的退役三元锂电池进行放电,确保所述退役三元锂电池的电压在1.0V以下,并利用机械法将放电后的三元锂电池拆分为小于指定体积的三元锂电池碎片,接下来,借助仪器探测仪、研磨机、离心机、分离机与焙烧器对所述三元锂电池碎片中的铝箔、铜箔、塑料、负极材料、粘结剂与导电剂进行剔除,可见相比于传统湿法与火攻法来说,本发明实施例对所述退役三元锂电池极性材料进行浸出时有全自动智能仪器的参与,通过仪器参数的预先设置,焙烧温度与时间的实时调整,能够全自动且且快速的过滤掉所述退役三元锂电池中的杂质与不含经济价值的成分,提升了传统湿法与火攻法的浸出效率,进一步地,利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述三元锂电池的极性材料进行浸出,调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,可见,相比于传统极性材料湿法与火攻法来说,本发明实施例构建浸出率模型,判断比较不同温度、搅拌速率、浸出时间、pH值下极性材料的浸出率,并将极性材料最高浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值设置为最优浸出条件,提升了传统湿法与火攻法的浸出效率。接下来,加入乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰调节剂,调节浸出溶液中Ni、Co、Mn的摩尔比为1:1:1,并用蠕动泵将草酸溶液匀速滴入促进极性材料沉淀,最后经过滤、洗涤、干燥、焙烧操作后,按1.05:1的比例,将Li2CO3锂源与所沉淀物进行混合,得到再生三元锂电池极性材料,完成退役三元锂电池的极性材料浸出,相比于传统湿法与火攻法,本发明实施例对浸出溶液中的极性材料进行了再制备,得到了具备电化学性能的极性材料,提升了传统湿法与火攻法的浸出质量。因此本发明提出的退役三元锂电池的极性材料浸出方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质,其可以解决传统湿法与火攻法存在的浸出率较低、浸出质量较差的问题。
实施例2:
如图2所示,是本发明一实施例提供的退役三元锂电池的极性材料浸出装置的功能模块图。
本发明所述退役三元锂电池的极性材料浸出装置100可以安装于电子设备中。根据实现的功能,所述退役三元锂电池的极性材料浸出装置100可以包括锂电池放电拆解模块101、分离焙烧模块102、浸出模块103及极性材料制备模块104。本发明所述模块也可以称之为单元,是指一种能够被电子设备处理器所执行,并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段,其存储在电子设备的存储器中。
所述锂电池放电拆解模块101,用于获取退役三元锂电池,对所述退役三元锂电池进行放电,实时监测所述退役三元锂电池的电压,得到电压在1.0V以下的放电三元锂电池,拆解所述放电三元锂电池,得到小于指定体积的三元锂电池碎片;
所述分离焙烧模块102,用于开启仪器探测仪,对所述三元锂电池碎片进行筛选,并依此启动研磨机、离心机与分离器,对所述三元锂电池碎片进行研磨、离心与静电分离操作,得到富集极性材料,启动焙烧器,焙烧所述富集极性材料,持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并调整焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,过滤掉所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂,得到清洁极性材料;
所述浸出模块103,用于利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述清洁极性材料进行浸出,调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,得到含有Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子的金属盐溶液;
所述极性材料制备模块104,用于在所述金属盐溶液中加入乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰调节剂,并用蠕动泵将草酸溶液匀速滴入所述金属盐溶液中,经磁力搅拌后,得到混合金属沉淀物,将所述金属沉淀物静置第二指定时间,经过滤、洗涤、干燥操作后,在500摄氏度的所述焙烧器中焙烧至第三指定时间,得到草酸镍钴锰前体,将Li2CO3作为锂源,与所述草酸镍钴锰前体进行混合,其中,混合比例为1.05:1,得到极性材料混合物,利用所述焙烧器焙烧所述极性材料混合物至第四指定时间,得到浸出极性材料,完成退役三元锂电池的极性材料浸出。
详细地,本发明实施例中所述退役三元锂电池的极性材料浸出装置100中的所述各模块在使用时采用与上述的图1中所述的退役三元锂电池的极性材料浸出方法一样的技术手段,并能够产生相同的技术效果,这里不再赘述。
实施例3:
如图3所示,是本发明一实施例提供的实现退役三元锂电池的极性材料浸出方法的电子设备的结构示意图。
所述电子设备1可以包括处理器10、存储器11、总线12和通信接口13,还可以包括存储在所述存储器11中并可在所述处理器10上运行的计算机程序,如退役三元锂电池的极性材料浸出程序。
其中,所述存储器11至少包括一种类型的可读存储介质,所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如:SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述存储器11在一些实施例中可以是电子设备1的内部存储单元,例如该电子设备1的移动硬盘。所述存储器11在另一些实施例中也可以是电子设备1的外部存储设备,例如电子设备1上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡(Smart Media Card, SMC)、安全数字(SecureDigital, SD)卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步地,所述存储器11还可以既包括电子设备1的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器11不仅可以用于存储安装于电子设备1的应用软件及各类数据,例如退役三元锂电池的极性材料浸出程序的代码等,还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所述处理器10在一些实施例中可以由集成电路组成,例如可以由单个封装的集成电路所组成,也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成,包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit,CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述处理器10是所述电子设备的控制核心(Control Unit),利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部件,通过运行或执行存储在所述存储器11内的程序或者模块(例如退役三元锂电池的极性材料浸出程序等),以及调用存储在所述存储器11内的数据,以执行电子设备1的各种功能和处理数据。
所述总线可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect,简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture,简称EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。所述总线被设置为实现所述存储器11以及至少一个处理器10等之间的连接通信。
图3仅示出了具有部件的电子设备,本领域技术人员可以理解的是,图3示出的结构并不构成对所述电子设备1的限定,可以包括比图示更少或者更多的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。
例如,尽管未示出,所述电子设备1还可以包括给各个部件供电的电源(比如电池),优选地,电源可以通过电源管理装置与所述至少一个处理器10逻辑相连,从而通过电源管理装置实现充电管理、放电管理、以及功耗管理等功能。电源还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电装置、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。所述电子设备1还可以包括多种传感器、蓝牙模块、Wi-Fi模块等,在此不再赘述。
进一步地,所述电子设备1还可以包括网络接口,可选地,所述网络接口可以包括有线接口和/或无线接口(如WI-FI接口、蓝牙接口等),通常用于在该电子设备1与其他电子设备之间建立通信连接。
可选地,该电子设备1还可以包括用户接口,用户接口可以是显示器(Display)、输入单元(比如键盘(Keyboard)),可选地,用户接口还可以是标准的有线接口、无线接口。可选地,在一些实施例中,显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)触摸器等。其中,显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元,用于显示在电子设备1中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。
应该了解,所述实施例仅为说明之用,在专利申请范围上并不受此结构的限制。
所述电子设备1中的所述存储器11存储的退役三元锂电池的极性材料浸出程序是多个指令的组合,在所述处理器10中运行时,可以实现:
获取退役三元锂电池,对所述退役三元锂电池进行放电,实时监测所述退役三元锂电池的电压,得到电压在1.0V以下的放电三元锂电池;
拆解所述放电三元锂电池,得到小于指定体积的三元锂电池碎片;
开启仪器探测仪,对所述三元锂电池碎片进行筛选,并依此启动研磨机、离心机与分离器,对所述三元锂电池碎片进行研磨、离心与静电分离操作,得到富集极性材料;
启动焙烧器,焙烧所述富集极性材料,持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并调整焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,过滤掉所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂,得到清洁极性材料;
调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述清洁极性材料进行浸出,得到含有Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子的金属盐溶液;
在所述金属盐溶液中加入乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰调节剂,并用蠕动泵将草酸溶液匀速滴入所述金属盐溶液中,经磁力搅拌后,得到混合金属沉淀物;
将所述金属沉淀物静置第二指定时间,经过滤、洗涤、干燥操作后,在500摄氏度的所述焙烧器中焙烧至第三指定时间,得到草酸镍钴锰前体;
将Li2CO3作为锂源,与所述草酸镍钴锰前体进行混合,其中,混合比例为1.05:1,得到极性材料混合物;
利用所述焙烧器焙烧所述极性材料混合物至第四指定时间,得到浸出极性材料,完成退役三元锂电池的极性材料浸出。
具体地,所述处理器10对上述指令的具体实现方法可参考图1至图2对应实施例中相关步骤的描述,在此不赘述。
进一步地,所述电子设备1集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读存储介质中。所述计算机可读存储介质可以是易失性的,也可以是非易失性的。例如,所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)。
本发明还提供一种计算机可读存储介质,所述可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序在被电子设备的处理器所执行时,可以实现:
获取退役三元锂电池,对所述退役三元锂电池进行放电,实时监测所述退役三元锂电池的电压,得到电压在1.0V以下的放电三元锂电池;
拆解所述放电三元锂电池,得到小于指定体积的三元锂电池碎片;
开启仪器探测仪,对所述三元锂电池碎片进行筛选,并依此启动研磨机、离心机与分离器,对所述三元锂电池碎片进行研磨、离心与静电分离操作,得到富集极性材料;
启动焙烧器,焙烧所述富集极性材料,持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并调整焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,过滤掉所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂,得到清洁极性材料;
调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述清洁极性材料进行浸出,得到含有Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子的金属盐溶液;
在所述金属盐溶液中加入乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰调节剂,并用蠕动泵将草酸溶液匀速滴入所述金属盐溶液中,经磁力搅拌后,得到混合金属沉淀物;
将所述金属沉淀物静置第二指定时间,经过滤、洗涤、干燥操作后,在500摄氏度的所述焙烧器中焙烧至第三指定时间,得到草酸镍钴锰前体;
将Li2CO3作为锂源,与所述草酸镍钴锰前体进行混合,其中,混合比例为1.05:1,得到极性材料混合物;
利用所述焙烧器焙烧所述极性材料混合物至第四指定时间,得到浸出极性材料,完成退役三元锂电池的极性材料浸出。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。
最后应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种退役三元锂电池的极性材料浸出方法,其特征在于,所述方法包括:
获取退役三元锂电池,对所述退役三元锂电池进行放电,实时监测所述退役三元锂电池的电压,得到电压在1.0V以下的放电三元锂电池;
拆解所述放电三元锂电池,得到小于指定体积的三元锂电池碎片;
开启仪器探测仪,对所述三元锂电池碎片进行筛选,并依次启动研磨机、离心机与分离器,对所述三元锂电池碎片进行研磨、离心与静电分离操作,得到富集极性材料;
启动焙烧器,焙烧所述富集极性材料,持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并调整焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,过滤掉所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂,得到清洁极性材料;
调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述清洁极性材料进行浸出,得到含有Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子的金属盐溶液;
在所述金属盐溶液中加入乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰调节剂,并用蠕动泵将草酸溶液匀速滴入所述金属盐溶液中,经磁力搅拌后,得到混合金属沉淀物;
将所述金属沉淀物静置第二指定时间,经过滤、洗涤、干燥操作后,在500摄氏度的所述焙烧器中焙烧至第三指定时间,得到草酸镍钴锰前体;
将Li2CO3作为锂源,与所述草酸镍钴锰前体进行混合,其中,混合比例为1.05:1,得到极性材料混合物;
利用所述焙烧器焙烧所述极性材料混合物至第四指定时间,得到浸出极性材料,完成退役三元锂电池的极性材料浸出;
所述调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述清洁极性材料进行浸出,包括:
配置所述磷酸与双氧水浸出试剂,并将所述浸出试剂与所述清洁极性材料进行混合,得到浸出液;
调用预构建的浸出率计算模型,计算所述浸出液的浸出率;
将所述浸出率代入预构建的浸出条件模型,依此判断最大浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,并将所述最大浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值设置为所述最优浸出条件;
所述调用预构建的浸出率计算模型,计算所述浸出液的浸出率,包括:
利用所述仪器探测仪,测量所述清洁极性材料中的Ni离子、Co离子、Mn离子、Li离子含量与所述浸出液中Ni离子、Co离子、Mn离子、Li离子浓度,并利用电子计重器与体积仪测量所述浸出液的体积与所述清洁极性材料的质量;
调用如下浸出率计算模型,计算所述浸出液的浸出率:
其中,为所述浸出液的浸出率,/>为所述浸出液中Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子浓度,/>为所述浸出液的体积,/>为所述清洁极性材料中的Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子含量,/>为所述清洁极性材料的质量;
所述将所述浸出率代入预构建的浸出条件模型,依此判断最大浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,并将所述最大浸出率对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值设置为所述最优浸出条件,包括:
设置实验组,获取多组温度、搅拌速率、浸出时间、pH值与浸出率的值,得到多组浸出条件值;
利用所述多组浸出条件值,拟合浸出率关于浸出条件温度、搅拌速率、浸出时间、pH值的函数,得到如下所述预构建的浸出条件模型:
其中,为所述浸出液的浸出率,a、b、c、d为所述浸出条件模型的常数,/>为温度,s为搅拌速率、t为浸出时间、pH为浸出pH值,n为调整浸出条件的次数;
求解所述浸出条件模型中浸出率最高时对应的温度、搅拌速率、浸出时间与pH值,得到所述最优浸出条件;
所述设置实验组,获取多组温度、搅拌速率、浸出时间、pH值与浸出率的值,得到多组浸出条件值,包括:
设置第一组实验,控制搅拌速率、浸出时间与pH值不变,在[Tk,Tm]摄氏度区间,以f摄氏度为间隔,取n1个温度值,测算n1个温度值对应的浸出率,形成一组温度-浸出率数值;
设置第二组实验,控制温度、浸出时间与pH值不变,在[vk,vm]转/秒区间,以p转/秒为间隔,取n2个搅拌速率值,测算n2个搅拌速率值对应的浸出率,形成一组搅拌速率-浸出率数值;
设置第三组实验,控制温度、搅拌速率与pH值不变,在[tk,tm]分钟区间,以g分钟为间隔,取n3个浸出时间值,测算n3个浸出时间值对应的浸出率,形成一组浸出时间-浸出率数值;
设置第四组实验,控制温度、搅拌速率与浸出时间值不变,在[pk,pm]pH区间,以hpH值为间隔,取n4个pH值,测算n4个pH值对应的浸出率,形成一组pH-浸出率数值;
汇总所述一组温度-浸出率数值、一组搅拌速率-浸出率数值、一组浸出时间-浸出率数值与一组pH-浸出率数值,得到多组浸出条件值;
所述求解所述浸出条件模型中浸出率最高时对应的温度、搅拌速率、浸出时间与pH值,得到所述最优浸出条件,包括:
绘制平面直角坐标系,设置纵坐标为浸出率数值,横坐标为温度、搅拌速率、浸出时间与pH值;
将所述多组浸出条件值在平面直角坐标系中进行描点,并分别连线,得到温度-浸出率拟合曲线、搅拌速率-浸出率拟合曲线、浸出时间-浸出率拟合曲线、pH-浸出率拟合曲线;
计算所述温度-浸出率拟合曲线、搅拌速率-浸出率拟合曲线、浸出时间-浸出率拟合曲线、pH-浸出率拟合曲线中浸出率数值最高点对应的温度、搅拌速率、浸出时间与pH值,得到所述最优浸出条件。
2.如权利要求1所述的退役三元锂电池的极性材料浸出方法,其特征在于,所述开启仪器探测仪,对所述三元锂电池碎片进行筛选,并依次启动研磨机、离心机与分离器,对所述三元锂电池碎片进行研磨、离心与静电分离操作,得到富集极性材料,包括:
开启所述仪器探测仪,调取预设的材料参数,识别所述三元锂电池碎片中的铝箔、塑料与铜箔,对所述三元锂电池碎片中的铝箔、塑料与铜箔进行剥离,得到筛选三元锂电池碎片;
将所述筛选三元锂电池碎片传送至所述研磨机进行研磨,得到三元锂电池粉末;
启动所述离心机与分离器,对三元锂电池粉末进行离心操作,分离出所述三元锂电池粉末中的石墨、硅碳与隔膜材料,得到富集极性材料。
3.如权利要求1所述的退役三元锂电池的极性材料浸出方法,其特征在于,所述持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并调整焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,过滤掉所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂,得到清洁极性材料,包括:
设置烘焙器初始温度为500摄氏度,焙烧所述富集极性材料;
记录安装在所述烘焙器内电子计重器与体积仪的数值,得到所述富集极性材料的质量与所述富集极性材料的体积;
利用所述仪器探测仪,持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并运用如下公式计算所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂含量:
其中,为所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂含量(%),/>为所述富集极性材料中的粘结剂浓度,/>为所述富集极性材料中的导电剂浓度,/>为所述富集极性材料的质量,/>为所述富集极性材料的体积;
持续提升所述烘焙器焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,得到所述清洁极性材料。
4.如权利要求3所述的退役三元锂电池的极性材料浸出方法,其特征在于,所述持续提升所述烘焙器焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,得到所述清洁极性材料,包括:
设置所述烘焙器的初始焙烧温度为T0,利用所述仪器探测仪检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,得到初始浓度值;
判断所述初始浓度值是否低于预设的浓度值,若低于,结束焙烧,若不低于,持续将所述焙器焙烧温度由T0提升至T1,并持续利用所述仪器探测仪检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,直至焙烧时间达到第一指定时间,所述仪器探测仪检测的粘结剂与导电剂浓度低于预设的浓度值,结束焙烧。
5.一种退役三元锂电池的极性材料浸出装置,其特征在于,用于应用权利要求1-4中任一项所述的退役三元锂电池的极性材料浸出方法,所述装置包括:
锂电池放电拆解模块,用于获取退役三元锂电池,对所述退役三元锂电池进行放电,实时监测所述退役三元锂电池的电压,得到电压在1.0V以下的放电三元锂电池,拆解所述放电三元锂电池,得到小于指定体积的三元锂电池碎片;
分离焙烧模块,用于开启仪器探测仪,对所述三元锂电池碎片进行筛选,并依次启动研磨机、离心机与分离器,对所述三元锂电池碎片进行研磨、离心与静电分离操作,得到富集极性材料,启动焙烧器,焙烧所述富集极性材料,持续检测所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂浓度,并调整焙烧温度,直至焙烧时间达到第一指定时间后,过滤掉所述富集极性材料中的粘结剂与导电剂,得到清洁极性材料;
浸出模块,用于利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述清洁极性材料进行浸出,调用预构建的浸出模型,判断最优浸出条件,并设置最优条件对应的温度、搅拌速率、浸出时间、pH值,得到含有Ni离子、Co离子、Mn离子与Li离子的金属盐溶液;
极性材料制备模块,用于在所述金属盐溶液中加入乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰调节剂,并用蠕动泵将草酸溶液匀速滴入所述金属盐溶液中,经磁力搅拌后,得到混合金属沉淀物,将所述金属沉淀物静置第二指定时间,经过滤、洗涤、干燥操作后,在500摄氏度的所述焙烧器中焙烧至第三指定时间,得到草酸镍钴锰前体,将Li2CO3作为锂源,与所述草酸镍钴锰前体进行混合,其中,混合比例为1.05:1,得到极性材料混合物,利用所述焙烧器焙烧所述极性材料混合物至第四指定时间,得到浸出极性材料,完成退役三元锂电池的极性材料浸出。
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