摘要
为了缓解环境污染和能源短缺的问题，很多国家开始大力推广电动汽车的使用，但是从电动汽车上退役下来的动力锂离子电池如果得不到妥善处理，将会造成更加严重的环境污染和资源浪费等问题。通过梯次利用的方式可以延长动力锂离子电池的使用寿命，有助于推动电动汽车行业的健康发展，对于无法满足梯次利用要求的电池，可以通过资源化回收的方式回收其中的金属，以最大程度地发挥锂离子电池全生命周期的价值。本文针对退役动力锂离子电池筛选重组时面临的检测速度慢、准确度低以及回收利用时面临的流程复杂、成本高等问题，主要进行了以下研究： ①采用文献调研的方式，详细研究了动力锂离子电池的工作原理和老化机理；通过加速老化实验研究了动力锂离子电池老化过程中容量、放电电压曲线和ICA曲线的变化规律。针对退役动力锂离子电池的特点，利用相关系数法研究了等压降放电时间和电池SOH的相关性，并运用粒子群算法对等压降放电时间对应的电压区间进行了优化。结果表明当以1C电流恒流放电时，电压从3.418V降低到3.368V的时间与电池SOH的线性相关性达到了0.96；利用最小二乘法拟合出了放电时间与SOH的关系式，通过不同电池单体以及不同老化状态的实验数据对结果进行验证，误差都小于5%，具有很高的准确度和普适性。由于在对电池进行检测时不需要将电量完全放完或者完全充满，因此可以大大节省检测时间。 ②以等压降放电时间作为健康因子，设计锂离子电池健康状态检测系统。完成硬件电路设计，实现充放电控制、电压和电流信息采集、串口通讯和故障保护等功能；编写下位机检测软件，完成电池信息采集、串口通讯等功能；编写基于Labview的上位机操作软件，完成用户登录、串口通讯、数据管理和报表打印等功能。最终的结果显示电压检测精度高于99.99%，容量估算精度高于95%，大大提高了退役电池的检测效率和准确度。 ③以二水合草酸和氯化胆碱为原料合成低共熔溶剂，溶解购买的电池级LiFePO4粉末，系统研究加热温度、固液比和反应时间对溶解率的影响，结果表明当温度为110℃、固液比为0.02、时间为2h时，锂和铁的浸出率最高，分别为99.3%和85.8%。又通过响应面试验法对回收条件进行了分析和优化，优化结果表明当温度、固液比和时间分别为106℃、0.02、1.85h时，锂和铁的浸出率最高。为了验证优化结果的准确性，拆解、分离退役动力离子电池得到废旧LiFePO4正极活性物质，在该条件下进行实验，得到的锂和铁的浸出率分别为95.3%和85.2%。在回收过程中避免了强酸、强碱和高温处理等流程，大大降低了对环境的二次污染，并降低了回收成本。 ④将浸出液用去离子水稀释10倍后，利用Fe(C2O4)33-的光化学活性，在紫外灯下照射稀释液8小时，得到淡黄色沉淀，通过XRD、红外光谱和热重分析等手段分析可知该沉淀为FeC2O4·2H2O。去除铁离子后，将稀释液加热蒸发掉大部分水，加入NaOH溶液调节pH值大约为7，得到了Li3PO4沉淀。回收产物可以再次制备锂离子电池，有利于推动电池行业的健康发展。
NETL