废旧镍钴锰电池回收工艺及污染控制概述

系统介绍了废旧镍钴锰电池回收利用的工艺路线,包括放电、预处理、火法与湿法回收工艺以及电解液的回收等。通过对比各回收方法的优缺点,认为火法-湿法联合处理工艺具有较好的应用前景;关注每项工艺中产生的二次污染,对污染控制方法进行了总结概括。旨在为废旧镍钴锰电池的绿色回收提供借鉴。

从废旧钴镍锰酸锂电池中回收有价金属的新工艺

提出了一种环境友好型的从废旧钴镍锰酸锂电池中回收锂、钴、镍、锰的新方法.采用苹果酸作浸出剂和双氧水作还原剂对预处理得到的正极活性物质进行还原浸出,并通过研究不同反应条件对苹果酸浸出液中锂、钴、镍、锰浸出率的影响,从而找出最佳反应条件.研究结果表明:最佳反应条件为反应时间30min、反应温度80℃、苹果酸浓度1.2mol/L、液液体积比为1.5%、固液比40g/L.在此条件下,苹果酸浸出液中锂、钴、镍、锰浸出率分别达到了98.9%,94.3%,95.1%和96.4%.

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。

采用响应面优化酸浸法回收报废三元电池中有价金属的研究

为简化传统报废锂离子电池(LIBs)处理工艺,对报废镍钴锰三元(NCM)电池正极材料进行浸出处理,在单因素试验的基础上,利用响应面分析法分析浸出温度、抗坏血酸浓度、固液比和浸出时间对正极材料中Co、Li、Mn、Ni浸出率的影响。建立数学回归模型,分析因素间的交互作用。结果表明,各金属的回归方程模型均显著(p<0.05),R^2≥0.88,信噪比N>4,C.V.较低,可用于报废NCM电池中Co、Li、Mn、Ni浸出工艺的分析与预测,其中浸出温度和抗坏血酸浓度的交互作用对Li和Ni的浸出率影响最大。各金属浸出率的最佳工艺条件为:浸出温度69.26℃,抗坏血酸浓度1.24 mol/L,固液比31.30 g/L,浸出时间59.79 min。在此条件下,Co、Li、Mn、Ni浸出率分别为96.35%、92.53%、89.28%、56.32%。结合回归分析及可操作性原则,进行3次平行试验,试验结果与模型理论预测值接近。试验过程简单,处理方法对环境友好,有利于工业化生产。

不同正极材料的锂离子电池容量特性分析

容量作为表征锂离子电池剩余寿命的重要参数,是目前国内外学者研究的重要内容之一。为了更全面地分析锂离子电池容量特性,选取了两种不同正极材料的锂离子电池作为研究对象并进行容量特性的相关实验,探究了正极材料、放电倍率、电池温升、环境温度和循环次数等五个参数对电池放电容量的影响,进一步分析了引起锂离子电池容量衰减的内部机理。实验结果表明,相比于磷酸铁锂电池,镍钴锰三元锂离子电池对温度和放电倍率更敏感。

湿热环境下NCM三元锂离子电池热失控分析

从高温热滥用角度出发,对高湿高温环境中三元锂离子电池的热失控行为进行实验和模拟的对比分析.选择荷电量(SOC)为50%的镍钴锰三元锂离子动力电池(NCM523)作为研究对象,利用恒定功率1 kW的电热炉作为外加热源,加热660s后撤掉外热源,进行湿热环境下NCM三元锂离子电池热滥用实验,并利用COMSOL多物理场仿真软件进行数值模拟.结果表明:常湿条件下,环境初始温度的提高,造成热失控发生的时刻显著提前.对于SOC为50%的NCM三元锂离子电池,在相对湿度为50%的条件下,当环境初始温度由20℃增加到40℃时,电池达到热失控的时间提前了20. 2%;在室温为30℃条件下,当环境湿度由50%增加到100%时,热失控导致的最高温度增加了37. 2%.高温高湿环境将造成NCM三元锂离子电池热失控的危险性显著增加.

极寒环境下动力锂离子电池特性

针对极地无人机系统供电保障问题,为极地锂离子电池开发及电池管理技术研究提供依据,对12 A·h三元镍钴锰酸锂电池在极寒环境下的特性展开了实验研究.结果表明:在0℃以下,随着环境温度的降低,电池在不同放电倍率下的可用容量迅速减小,最大放电深度的衰减速率不断加快,欧姆内阻与极化内阻均显著增大且极化内阻的变化更为突出,开路电压明显降低;在低于-40℃的环境温度下,放电前对电池表面进行预热能显著改善电池放电性能,预热温度的变化不影响相同倍率放电时电池表面的平衡温度,同时采取预热与保温措施能够有效恢复电池的容量特性与功率特性.

时变温度环境下锂离子电池自适应SOC估计方法

目的针对低温环境下锂离子电池特性显著变化问题,为大规模锂离子电池组在极地科考船混合动力系统上的应用提供理论依据,方法对10 Ah高功率三元镍钴锰酸锂电池低温特性展开实验研究,结合实验数据,利用基于遗忘因子的递推最小二乘算法(FFRLS)分别与两种改进的卡尔曼滤波算法(AEKF、UKF)组成的串联观测器在线估计电池荷电状态(SOC)。结果在25～-30℃时变温度环境的改进DST工况下,FFRLS-AEKF算法的SOC估计精度略高于FFRLS-UKF算法,其最大估计误差为3.04%,均方根误差为0.69%。结论相比EKF与RLS-EKF算法,更好的模型参数与噪声信息的自适应性使FFRLS-AEKF算方法有更高的SOC估计精度与收敛性。

锂离子电池热特性参数测量方法研究

目的针对深海等极端环境下载人潜水器锂离子动力电池热管理问题,对10 Ah三元镍钴锰锂离子电池展开热特性参数测量方法研究,为锂离子电池热管理建模提供理论依据。方法首先利用精密测量仪器并结合传热学原理对电池导热系数进行计算,其次基于电池温度与环境温度跟随的控制策略搭建高精度的绝热实验箱。绝热环境下,电池的实际产热将会完全转化为自身的内能,与外界之间没有热量交换。在绝热实验箱中利用脉冲测试方法辨识三元镍钴锰锂离子电池的比热容。结果热物性参数测量结果具有较高准确性,带入热模型中的温度计算结果与实际温度测量结果绝对误差不超过0.5℃,平均相对误差为0.0184。结论基于实验方法得到的电池热特性参数能够反映锂离子电池的热状态,测量结果与实际值误差在可接受范围之内。

高比能NCM动力电池热失控扩展安全阻隔技术

为有效控制高能量密度锂离子电池(LIBs)热失控扩展,提出一种复合阻隔技术。以软包镍钴锰(NCM) 811型(NCM811)电池为研究对象,分析现有锂离子电池热失控火灾防控方法及NCM811电池热失控特性,通过加热方式进行电池热失控特性试验,以确定表面温度和热失控触发时间之间的影响关系;通过以气凝胶、石棉、岩棉为代表的不同微结构尺寸材料的热阻隔试验,确定微结构尺寸与热阻隔特性的关系;通过不同厚度、层数的热阻隔试验,研究不同阻隔方案的热阻隔特性。研究表明:在进行毫米厚度级别的热阻隔时,阻隔板材料微结构尺寸越小(小于空气分子平均自由程70 nm),阻隔板越薄、层数越多,热阻隔效果越好。

锂离子电池组热失控蔓延热传递机制的影响研究

分析通风和电池组数量对电池组热失控发展蔓延热传递机制的影响。选择荷电状态(SOC)为100%的镍钴锰(NCM523)三元锂离子动力电池组作为研究对象,改变电池组底部外加热源的热流量和加热时间,利用多物理场仿真软件COMSOL,进行热滥用导致不同风速通风环境和不同电池数量电池组热失控过程的模拟。结果表明:随着风速不断增大,电池组和周围环境的对流换热损失增强,电池组热失控蔓延进程受到了有效抑制。受热传导模式的影响,电池组数量和排列方式不同,电池组热失控蔓延的路线不同。越靠近外部热源的电池,触发热失控越早,触发热失控的起始温度越高;电池组所含电池数量越多,触发电池组热失控所需的热流量越大,但第一块电池热失控以后,后续电池触发热失控的时间间隔急剧缩短,电池组热失控后果的严重度增加。

基于最小二乘法的动力锂离子电池参数识别

本文以动力锂离子电池的内部结构和工作原理为研究基础,对电池特性展开相关测试。以镍钴锰三元电池作为研究对象,搭建二阶RC等效电路模型,进行HPPC试验。基于试验数据,以Parameter Estimation工具箱和最小二乘法联合求出模型参数的最优解。通过试验数据对模型辨识出的参数进行验证,模型最大电压误差为0.028 V,符合要求。该模型可较好地反映出三元锂电池的动态特性和静态特性,对研究锂离子电池的自身特性以及锂离子电池的工作特性具有重要意义。

电动汽车充电技术研究

针对民用建筑配建停车位充电设施存在容量较大的问题,在分析电动汽车电池充电特性基础上,提出定容量自动充电系统和定容量变功率充电系统,对降低系统容量,减轻电网负担有积极作用。