响应曲面法优化废旧三元锂电池黑粉酸浸工艺

使用盐酸直接浸出废旧三元锂电池黑粉中的锂、镍、钴、锰,采用基于Box-Behnken设计的响应曲面法,考察反应温度、酸浓度、时间对4种元素浸出率的影响。结果表明,直接酸浸法最佳工艺条件为:酸浓度6 mol/L,固液比250 g/L,反应温度60℃,反应时间7 h,2次浸出后,锂浸出率为99.96%,镍浸出率为99.73%,钴浸出率99.90%,锰含量为99.82%。

循环老化三元锂离子电池热失控气体毒性研究

为研究高能量密度锂离子电池循环老化过程中热失控特性变化及释放气体的毒性危害,对不同循环老化程度的三元锂离子电池进行热滥用实验,利用气体传感器阵列,基于有效剂量分数模型对热失控气体毒性危害进行定量分析。结果表明,高镍含量三元锂离子电池循环性能差,200次循环老化后,电池健康状态低于70%。老化电池更容易进入热失控状态,热失控反应更剧烈但释放能量少,释放气体燃烧效率低。在密闭空间内,电池热失控释放窒息性气体危害性比刺激性气体更高,150次循环老化电池的窒息性气体毒性累积效应比新鲜电池早638 s达到临界值1。随老化程度增加,最终电池的刺激性气体毒性即时效应与气体致死毒性即时效应降低,与新鲜电池相比,100次循环老化后,电池的刺激性气体毒性即时效应降低0.34,气体致死毒性即时效应降低0.19。研究结果可为老化电池安全性评估及热失控预警提供数据支撑。

采用Cyanex 301从废旧三元锂电浸出液中萃取分离镍和钴

近年来全球电动汽车销量激增,废旧锂电池的回收愈发迫在眉睫。本文以废旧三元锂电池正极材料的硫酸浸出液为研究对象,采用Cyanex 301选择性分离回收其中的Ni(Ⅱ)和Co(Ⅱ);分别考察了初始pH、萃取相比、萃取时间等因素对各金属萃取率的影响,以及反萃剂HCl浓度、反萃时间、反萃温度等因素对金属反萃率的影响。结果表明:在初始pH=2.0、相比(O/A)为2∶1、Cyanex 301体积分数20%、时间30 min的萃取条件下,经两级逆流萃取,Ni(Ⅱ)、Co(Ⅱ)萃取率分别达97.32%和99.45%。萃取完成后,在最优条件下,通过25℃三级逆流反萃Co(Ⅱ)、80℃两级逆流反萃Ni(Ⅱ),反萃率分别达99.23%和99.08%。最后通过红外光谱和核磁共振氢谱初步证明Cyanex 301萃取Ni(Ⅱ)、Co(Ⅱ)的过程为金属离子与S—H键中的H+发生阳离子交换,且与P=S键形成配位键的过程。

水凝胶对三元锂电池热失控抑制效果研究

为快速有效扑灭锂离子电池火灾,解决灭火时间长、耗水量大等消防领域关注的难题,探究水凝胶灭火剂对大容量锂离子电池热失控的抑制效果。首先,借助环境扫描电镜,分析水凝胶在高温下微观结构的变化;然后,搭建锂电池燃烧试验平台,开展水凝胶灭火试验;最后,以车用135 Ah方形铝壳三元锂电池组为试验对象,采用电加热的方法诱导其发生热失控,探究水凝胶对锂电池的降温抑制效果。结果表明:水凝胶受热后,内部孔状结构被破坏,有利于其黏附在物体表面持续降温;使用水凝胶灭火降温时,电池表面最大降温速率是水的2倍,水凝胶喷放结束后,锂电池温度回升速率较为缓慢,升温速率仅为水的一半;与水相比,水凝胶延缓相邻电池发生热失控的时间更长,这可以为救援逃生带来更长的安全时间。

基于ASSA-RBF联合算法的三元锂离子电池SOC估计

准确估计三元锂电池的荷电状态(SOC)是保障电动汽车安全稳定运行的基础。针对传统BP神经网络估计精度不高,而RBF神经网络也容易陷入局部最优的问题,提出一种基于自适应麻雀搜索算法与RBF神经网络联合的三元锂电池SOC估计方法。首先,对标准麻雀搜索算法进行改进,采用精英混沌反向机制初始化麻雀种群,采用柯西-高斯变异策略优化麻雀种群中跟随者位置更新公式;然后,使用改进后的麻雀搜索算法对RBF神经网络的初始权值和宽度参数进行寻优,以提升算法对SOC的估计精度;最后,基于三元锂电池的充放电实验数据进行模型验证。结果表明,动态应力测试工况下,所提联合算法模型SOC估计均方根误差为0.694%,平均百分比误差为3.15%,能很好的应用于三元锂电池SOC估计。

针刺直径对软包三元锂电池热失控行为的影响

随着新能源汽车的高速发展,锂离子电池的安全性问题越来越受到关注。以软包三元锂电池为研究对象,通过电压、温度和内阻表征不同针刺直径下电池的热失控行为,结合各特征量的表现分析针刺直径对电池热失控行为的影响。根据实验结果得到了以下结论:(1)受钢针散热的影响,随针刺直径增大,电池初始电压降时间及幅度均增大;(2)针刺直径的增大会加速电池的热失控,较小的针刺直径下电池热失控时间滞后明显;(3)针刺直径较大时电池内部反应较剧烈,内阻波动较明显。

18650三元锂电池热失控危险性及燃烧痕迹特征研究

为了研究三元锂电池的热失控风险,选取18650镍钴锰三元锂电池为研究对象,搭建电池热失控过程特征参数测量试验平台,探究锂离子电池在不同荷电状态、电滥用、热滥用情况下的热失控过程及燃烧痕迹特征。结果表明:锂电池正极集流板对电池过充、短路发生热失控具有一定的保护作用,荷电量在25%以上时,电池热失控受损程度与荷电量成正比;可以结合锂离子电池热失控前后电压、温度变化以及电池爆炸燃烧的特征现象,利用温度曲线特征峰判断发生热失控的电池状态,并结合X射线、电压变化来判断电池发生的故障状态,追溯锂电池发生火灾位置。研究成果可为锂电池设计、锂电池火灾扑救以及火灾调查提供参考依据。

铜冶炼酸性废水浸出废旧三元锂离子电池正极材料中Co的动力学研究

采用铜冶炼酸性废水浸出废旧三元锂离子电池正极材料,考察了浸出温度、酸性废水中初始H_(2)SO_(4)浓度、搅拌速度对Co浸出率的影响。结果表明,当浸出时间150 min、浸出温度363 K、液固比12.5、还原剂淀粉用量10 g L、酸性废水中初始H_(2)SO_(4)浓度1.5 mol L时,正极材料中Co的浸出率可达99.12%。利用未反应收缩核模型分析了还原浸出过程中Co的动力学。结果表明,Co的浸出过程受内扩散和界面化学反应混合控制,表观活化能为23.657 kJ mol,动力学方程为:1-(1-x)^(1/3)+β[1-2/3x-(1-x)^(2/3)]=4.5243C^(1.29211)V^(1.60337)[exp(RT/23657)]t。

磷酸铁锂与三元锂离子电池加热下的热失控行为

针对锂离子电池存在的起火和爆炸风险,以储能用3.2 V 100 Ah磷酸铁锂锂离子电池和3.6 V 90 Ah三元LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)(NCM523)锂离子电池为对象,采用外部加热的滥用方式,研究不同正极体系锂离子电池的热失控特性。取样磷酸铁锂锂离子电池在外部加热条件下不会燃烧,仅释放大量白色烟雾,电池热失控最高温度为534.2℃,总放热量为0.162 MJ,最高热释放速率为1.81 kW;取样三元锂离子电池在外部加热条件下发生燃烧和喷射,电池热失控最高温度为1052.4℃,总放热量为3.147 MJ,最高热释放速率为134.85 kW;磷酸铁锂与三元锂离子电池热失控后产生的气体成分几乎一致,均为H_(2)、CO_(2)、CO和碳氢化合物;磷酸铁锂与三元锂离子电池热失控后,电压均存在二次下降的现象。

废旧三元锂电池正极材料回收再生研究进展

现今,三元锂电池(NCM)电池因其性能优越、较低的成本和理想的循环稳定性等优点可广泛应用于移动电子产品、储能、军事等领域,全球电动新能源汽车又推动了NCM电池生产的进一步扩大,其需求量与产量逐年增加,含有废旧NCM正极材料的废旧电池将出现一个峰值。废旧NCM电池含有丰富有价金属资源,其中最具回收价值的是三元正极材料中的镍钴锰酸锂,同时不合理处置也会对破坏环境。为此,废旧NCM电池的回收在资源、经济和环境上收益颇丰。综述了废旧三元锂电池火法、湿法以及新兴绿色浸出法回收工艺,并比较了其优缺点。最后,系统分析了浸出后废旧三元锂电池正极材料分离再生的具体方法以及各自的发展方向,并且展望了废旧锂离子电池回收朝着环保化、低成本、自动化的方向发展,旨在为电池回收提供一些技术工艺上的新思路。

基于区域频率法评估三元锂电池的健康状态

为解决低采样频率下S_(OH)(电池健康状态)评估不准确的问题,提出一种基于PDF(概率密度函数法)的区域频率法。采用不同倍率下三元锂电池的充放电电压数据进行分析,采样频率为1/60 Hz,分别提取PDF峰高和区域频率作为健康因子,并建立与S_(OH)的关系。结果表明:随着电池充放电电流倍率的增加,PDF峰高作为健康因子与S_(OH)的拟合度降低,尤其在放电阶段,1C倍率下拟合度R^(2)仅为0.0971。当区域频率作为健康因子时,电池在不同倍率下充放电阶段S_(OH)模型的拟合度R^(2)均在0.95以上。当区域电压从100 mV增加到400 mV,模型的拟合度可达0.98以上。最后,使用1/2C倍率下电池老化数据对该方法进行验证,S_(OH)评估误差在2%以内,结果表明该方法可提高低采样频率下的电池S_(OH)评估的准确性。

三元锂电池电动自行车火灾燃烧特性研究

通过对三元锂电池电动自行车开展实体燃烧试验,研究了电动自行车火灾的发展和蔓延过程,分析了燃烧现象、温度及烟气变化等典型特征。试验结果表明,电动自行车火灾发展迅速,燃烧过程中伴随射流火和爆炸现象。在距地面1 m处,测得的火羽流温度最高可达730℃,此时对应的最大热释放速率为1 290 kW。通过对烟气毒性进行评估,计算得到有效剂量百分数FED值为1.8,表明在此火灾环境中大约一半人员会因烟气毒气危害而丧生。此外,产生的烟气中还包含大量易燃易爆气体,其中H2含量最高为2 300μL/L。

退役三元锂离子电池正极材料中有价金属的回收与再生研究进展

退役三元锂离子电池正极材料(NCM)富含Li、Ni、Co、Mn等有价金属,其高效分离与回收对环保至关重要。评价分析了化学沉淀法、溶剂萃取法和电化学沉积法分离溶解态Li、Ni、Co、Mn的工艺原理、条件及效果;根据NCM正极材料的失效机制,对直接再生策略的固态烧结、水热法和锂基共晶熔盐法,以及间接再生策略的共沉淀法、溶胶凝胶法和电化学法的发展现状及优缺点进行了系统评述;总结了锂、镍、钴、锰等有价金属分离与电极材料再生过程中面临的挑战,并提出了改进方向,旨在为退役三元锂离子电池正极材料中有价金属的高效回收利用提供重要指导。

基于SLP的三元锂电池正极材料生产厂房布局优化与评价

某三元锂电正极材料生产厂房的布局主要依据生产经验进行设计,需要采用一种科学理论方法评价该厂房布局是否已达到最优化。采用SLP(Systematic Layout Planning)方法对某三元锂电正极材料生产厂房布局进行了优化和评价,分析了该厂房布局中各作业单元的物流关系和非物流关系,按照SLP方法中的计算公式求得了各作业单元的综合关系表,并据此找出了现有厂房布局中存在的问题,实现了厂房布局的优化和评价。采用SLP方法优化后的三元锂电正极材料生产厂房布局的物流强度降低了46.7%,各作业单元布置也更加合理,可有效地降低生产成本,提高生产效率。SLP方法可以为三元锂电正极材料生产厂房布局优化与评价提供科学理论依据。

基于SP+模型的三元锂离子电池基本反应模型参数修正研究

通过改进单粒子模型(SP+模型)对电池基本参数进行预测及限制负极电位来获得充电安全边界是快充策略应用的有效评估方法。SP+模型需建立在三电极电池的基础上,在各种特性上与真实电池有一定的区别,这导致利用负极电位评估方法在预测精度上存在一定的差异。针对上述问题建立电池基本反应模型,将修正因子导入到涉及SOC、正负极电位、正负极嵌锂浓度的电池平衡电动势表达式中,设置相应的测试计划对修正因子进行标定,实现在25℃和特定SOC情况下对三元锂离子电池平衡电动势及正负极电势预测精度的提升,为后续安全边界评估开路正负极电位预测值提供参考。

三元锂电池循环寿命的加速试验验证

选取不同的温度作为加速因子,通过容量衰减数据推导其循环寿命衰减的内在联系,建立一种电池容量衰减的加速测试与评估方法。具体过程为:1)应用机器学习岭回归方法对获得的数据进行三次多项式、二次多项式、一次多项式及不同正则化力度的拟合,确定适于当前数据的拟合方程;2)基于阿伦尼斯(Arrhenius)模型,建立了以电池500次循环、1 000次循环对应容量保持率为寿命特征的加速寿命模型预测单点寿命,建立了以二次多项式系数为寿命特征的加速循环寿命模型预测曲线任一点寿命,并进行验证。试验结果表明所建立的加速寿命模型能较准确地预测三元锂电池寿命情况,具有一定的工程应用意义。

HEV用功率型三元锂电池SOC估算模型及验证方法研究

准确预测动力电池SOC是混合动力汽车产品技术开发的难点,文章介绍一种基于功率型三元锂电池的电池等效模型的SOC估算方法。基于Ah积分结果运算电池SOC,并通过龙伯格方程修正实现SOC估算误差收敛。试验结果表明,25℃下该方法预测功率型三元锂电池的平均误差≤4%,实现SOC误差收敛,满足大部分电池系统SOC估算精度要求。

基于灰色模型的车用三元锂电池循环寿命试验研究

车用三元锂离子动力电池是目前国内新能源汽车动力系统的主要构成部分之一,其性能会随着循环寿命的下降而发生不可逆的衰减,进而影响如续驶里程等整车性能。通过15、25和45℃环境工况下的循环寿命测试,研究了环境温度对三元锂电池循环寿命的影响。试验结果表明,当容量衰减为初始容量的88%时,45℃工况下的循环寿命为15℃工况下的三分之一。同时,基于灰色模型建立了三元锂电池循环寿命预测模型,并进行了验证,结果表明该模型精度在不同环境温度下的预测精度在1%以下,为后续的实际应用奠定了基础。

基于灰色模型的车用三元锂电池循环寿命试验研究

通过不同温度下的车用三元锂电子循环寿命试验,分析使用环境对车用三元锂电池循坏寿命的影响;同时,基于灰色模型建立锂电池寿命预测模型,并用试验数据验证模型预测的准确性。结果表明:在相同充放电倍率条件下,环境温度越高,车用三元锂电池的容量保持率越低;所建立的灰色模型预测精度较高,可在适当范围内用于车用三元锂电池的寿命预测,为三元锂电池的控制策略优化提供数据支持。

废旧三元锂电池中钴锰与镍锂分离方法分析

在现实生活中,三元锂电池应用较多,该电池类型凭借着使用寿命长以及使用中自放电低等性能优势,一度成为新能源汽车的主要动力结构内容。现阶段,新能源汽车已经普及,三元锂离子电池需求量也有了提高。研究发现,这种性能稳定的三元锂离子电池应用价值高,其内含丰富的金属元素,最具代表性的就是钴锰与镍锂。如果可以将其合理回收,那么无论是对环保效益,还是经济效益来说都是巨大的贡献。为了掌握钴锰与镍锂分离方法,提高资源利用率,本文将在酸浸液的基础上,对核心金属元素分离提纯,并最终得出分离金属的有效路径。