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退役锂电池电解液高效热解气化与选择性提锂研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第2期54卷 694-701页

作者：米雪许海青刘春力刘鹏飞王忠兵曾桂生罗旭彪罗丰南昌航空大学环境与化学工程学院江西南昌330063 北京赛科康仑环保科技有限公司北京100800 上饶鼎鑫金属化工有限公司江西上饶334500

提出一种退役锂电池电解液高效热解气化和热解气还原正极材料-水浸提取锂的新方法,考察热解温度、氮气流速对电解液气化率的影响规律,研究电解液/正极材料质量比对锂的提取效果的影响。研究结果表明:在热解温度为650℃、氮气流速为35 mL... 详细信息

提出一种退役锂电池电解液高效热解气化和热解气还原正极材料-水浸提取锂的新方法,考察热解温度、氮气流速对电解液气化率的影响规律,研究电解液/正极材料质量比对锂的提取效果的影响。研究结果表明:在热解温度为650℃、氮气流速为35 mL/min、保温时间为30 min条件下,电解液热解气化率高达96.38%,电解液主要转化为一氧化碳、甲烷、氢气、二氧化碳等气体。在质量比为1:0.1、还原温度为650℃、氮气流速为35 mL/min、还原时间为30 min条件下,仅锂元素被高效提取,提取率达到98.93%。本工作同步实现了电解液高效资源转化和正极材料中锂的高效选择性提取,为退役锂电池资源循环利用开辟了新思路。

关键词：退役锂电池电解液热解还原锂选择性提取

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典型退役锂电池回收企业气态污染物排放特性

高校化学工程学报 2023年第6期37卷 989-997页

作者：刘香宁张捷菲魏志祥杨利明代威力罗丰王超强周磊南昌航空大学环境与化学工程学院江西南昌330063 上饶市鼎鑫金属化工有限公司江西上饶334599 江西赣锋循环科技有限公司江西新余338004

以退役锂电池回收示范厂区A、B为例,针对退役锂电池回收行业生产过程中产生的气态污染物,通过在线监测、气体收集、实验室分析等手段,对回收过程中产生的颗粒物、非甲烷总烃、酸雾进行排放特性分析。进一步利用实际调研和实测数据,计算... 详细信息

以退役锂电池回收示范厂区A、B为例,针对退役锂电池回收行业生产过程中产生的气态污染物,通过在线监测、气体收集、实验室分析等手段,对回收过程中产生的颗粒物、非甲烷总烃、酸雾进行排放特性分析。进一步利用实际调研和实测数据,计算排放因子,探讨锂电回收行业气态污染物减排潜力。结果表明:A厂破碎工段颗粒物的排放因子为28.11 kg·t^(-1),热解工段HF排放因子为3.21 kg·t^(-1),B厂碱浸工段非甲烷总烃排放因子为26.21 kg·t^(-1),排放强度大,具有较高的减排潜力。本研究为锂电回收行业气态污染物的减排提供了依据,为该行业的清洁生产提供了理论基础及技术支持。

关键词：退役锂电池气态污染物排放特性排放因子减排潜力

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退役锂电池回收废液制备磷酸锂工艺研究

化学工业与工程 2024年第3期41卷 179-190页

作者：姚晓燕王宇璇徐萌娜孙淑英华东理工大学国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心上海200237

鉴于锂电池报废量大、锂含量高,探讨从退役锂电池回收废液中利用锂资源。根据溶液高钠含锂、碱含量高的特性,采用磷酸钠沉淀法回收锂,系统研究了反应过程中各工艺参数对磷酸锂回收率、纯度及粒度的影响。结果表明反应温度为102℃,磷酸钠... 详细信息

鉴于锂电池报废量大、锂含量高,探讨从退役锂电池回收废液中利用锂资源。根据溶液高钠含锂、碱含量高的特性,采用磷酸钠沉淀法回收锂,系统研究了反应过程中各工艺参数对磷酸锂回收率、纯度及粒度的影响。结果表明反应温度为102℃,磷酸钠1.1倍理论用量,磷酸钠浓度350 g·L^(-1),加料速率5 mL·min-1,搅拌速率500 r·min-1,冷水洗1 L时,磷酸锂收率能达到92.63%,纯度(质量分数,下同)达到98.81%,产品达到彩色荧光粉用磷酸锂行业标准二级要求。该工艺能广泛应用于各种高钠含锂溶液,特别是从锂浓度较低的溶液中回收锂资源,不仅解决了退役锂电池废液排放问题,还为锂资源提取提供了新途径。

关键词：高钠含锂溶液退役锂电池磷酸锂化学沉淀

基于VDCG的直流微电网退役锂电池SOC均衡方案

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电力系统保护与控制 2024年第15期52卷 14-23页

作者：吴青峰褚晓林刘立群胡秀芳薄利明太原科技大学电子信息工程学院山西太原030024 国网山西省电力公司电力科学研究院山西太原030001

为增加系统惯性,直流微电网内锂电池控制器常采用虚拟直流发电机(virtual DC generator,VDCG)控制方案,但该方案无法使锂电池荷电状态(state of charge,SOC)自均衡。现有基于VDCG的锂电池SOC均衡方案仅能实现电压等级一致的非等容锂电池... 详细信息

为增加系统惯性,直流微电网内锂电池控制器常采用虚拟直流发电机(virtual DC generator,VDCG)控制方案,但该方案无法使锂电池荷电状态(state of charge,SOC)自均衡。现有基于VDCG的锂电池SOC均衡方案仅能实现电压等级一致的非等容锂电池SOC均衡,而退役锂电池储能系统(retire lithium battery energy storage systems,RLBESS)的容量和电压等级均难以保持一致。针对此问题,提出了一种基于VDCG的适用于不同电压等级及容量的RLBESS组间SOC均衡方案。该方案在传统VDCG的基础上建立U-P_(m)关系式并引入SOC均衡因子,能够根据初始SOC状态自动调节锂电池的功率分配,并保持良好的电压质量。建立了所提方案的小信号模型,分析了关键控制参数对系统稳定性的影响。最后,利用Matlab/Simulink仿真软件对不同工况进行有效性验证。仿真结果表明:所提方案能够在锂电池电压等级不一致工况下实现RLBESS的SOC均衡,具有良好的可扩展性。

关键词：直流微网退役锂电池虚拟直流发电机荷电状态均衡小信号模型

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退役锂电池快速评价及分选方法研究

重庆理工大学学报（自然科学） 2020年第2期34卷 15-23页

作者：殷娟娟王伟贤袁小溪许伟李想何正旭清华四川能源互联网研究院成都610200 国网北京电科院北京100075 清华大学北京100084 四川大学成都610065

针对退役锂电池梯次利用的问题,分析总结了现有梯次利用锂电池一致性判断方法的局限性。根据锂电池放电状态过程中不同放电倍率下对应的状态电压和状态电阻对不同单体锂电池的表现不一致性,提出了一种锂电池评价指标电池系数;根据该指... 详细信息

针对退役锂电池梯次利用的问题,分析总结了现有梯次利用锂电池一致性判断方法的局限性。根据锂电池放电状态过程中不同放电倍率下对应的状态电压和状态电阻对不同单体锂电池的表现不一致性,提出了一种锂电池评价指标电池系数;根据该指标利用层次聚类分析和最小二乘原理建立了一套关于锂电池快速评价分选的流程,实现了对退役锂电池的快速分选。实验结果表明:通过该流程对锂电池的评价和分选最多只需要进行一次放电。

关键词：退役锂电池状态电压状态电阻聚类分析

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退役锂电池梯次利用主动均衡方法研究

电工电能新技术 2021年第6期40卷 50-56页

作者：杨扬谢长君朱文超武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070 武汉理工大学汽车工程学院湖北武汉430070

针对退役锂电池数量多、不一致性严重等问题,提出基于Buck-Boost电路的分组双向主动均衡结构。以荷电状态(SOC)为均衡变量,电池小组内采用基于单电感的集中式均衡拓扑结构和均值-差值均衡算法,电池小组间采用分布式均衡拓扑结构和极差... 详细信息

针对退役锂电池数量多、不一致性严重等问题,提出基于Buck-Boost电路的分组双向主动均衡结构。以荷电状态(SOC)为均衡变量,电池小组内采用基于单电感的集中式均衡拓扑结构和均值-差值均衡算法,电池小组间采用分布式均衡拓扑结构和极差法及相邻差值法结合的均衡策略,分别实现电池小组内任意单体电池间均衡和相邻电池小组间均衡。12节退役电池的静置均衡和充电均衡实验结果表明,本文提出的均衡方法能快速有效地改善退役电池组的不一致性,均衡时间分别为98 min和87 min。

关键词：退役锂电池分组均衡双向主动均衡 Buck-Boost电路荷电状态(SOC)

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退役锂电池性能评估及光储应用研究

电源技术 2019年第7期43卷 1136-1139页

作者：张友琅张利中刘怡沈晓枉廖强强上海电力学院上海市电力材料防护与新材料重点实验室上海200090 上海捷新动力电池系统有限公司上海201805 国家电网上海市电力公司上海200122

以标称容量为60 Ah的退役磷酸铁锂电池模块为研究对象,通过容量标定、电化学阻抗谱测试、电池模块内部并联模组电压测量等方法研究电池衰退性能,分析电池容量与内阻、电压和锂离子扩散系数之间的相关性,并将一致性好的退役电池模块成组... 详细信息

以标称容量为60 Ah的退役磷酸铁锂电池模块为研究对象,通过容量标定、电化学阻抗谱测试、电池模块内部并联模组电压测量等方法研究电池衰退性能,分析电池容量与内阻、电压和锂离子扩散系数之间的相关性,并将一致性好的退役电池模块成组后接入到光伏储能系统中,验证退役电池在光伏储能的可行性。研究表明,欧姆内阻、电荷转移电阻、锂离子扩散系数与退役电池模块的容量之间无明显的相关性,这些参数作为该类退役电池一致性评估的可靠性程度较低;而低电荷状态(SOC)下退役电池模块内并联模组之间的最大电压差ΔUmax值与容量之间呈现较好的线性负相关。

关键词：退役锂电池容量电化学阻抗谱电压光伏发电

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退役锂电池梯次利用技术研究及热管理

退役锂电池梯次利用技术研究及热管理

作者：李扬东南大学

学位级别：硕士

随着化石能源消耗与环境污染等问题的日益严峻,世界各国都在寻求解决之道。目前主要的手段是大力发展清洁能源,例如风力发电、太阳能发电等。然而,虽然新能源可以有效缓解化石能源危机,但是其能量输出具有较大随机性与波动性,如果不能... 详细信息

随着化石能源消耗与环境污染等问题的日益严峻,世界各国都在寻求解决之道。目前主要的手段是大力发展清洁能源,例如风力发电、太阳能发电等。然而,虽然新能源可以有效缓解化石能源危机,但是其能量输出具有较大随机性与波动性,如果不能及时有效的调频调压平抑功率输出,其并网过程会对电网造成较大的冲击作用,最终造成电力瘫痪。所以将电量转移存储成为主要解决思路,故此电力储能应运而生。当前主要的主流储能技术包括锂电池储能,液流电池储能以及超级电容器等技术,其中技术最为成熟且效率最高的当属锂电池储能。其广泛应用于电动汽车领域,而电力汽车动力电池退役标准通常为电池容量衰减20%或者电池阻抗增加一倍。虽然达到了退役标准,但是退役的锂电池仍然具有80%左右的剩余容量,所以仍然具有利用价值。同时锂电池在使用过程中的热安全性也是当前热点。因此,本课题着重对退役锂电池的梯次利用技术及热管理进行研究。本课题利用特定的两批退役锂电池,对退役锂电池的筛选分类,倍率循环测试以及热管理等方面进行了研究。首先总结了电动汽车、退役锂电池梯次利用技术及其热管理方面的研究现状,然后通过实验对电池进行了性能测试和筛选,基于电池的性能测试结果,本文运用了数学方法对一批退役锂电池进行了分类,并列出了三个合适的分类方法,即基于可利用容量最大化的电池模组分类方法、基于容量区间分割的分类方法和基于电池组特征向量Mahalanobis距离的聚类方法。综合来说,三种方法各有利弊。如需快速的分类,最优选择为基于容量区间分割的分类方法;如需经济效益佳的分类方法,最优选择为基于可利用容量最大化的电池组分类方法和基于容量区间分割的分类方法;如需全面准确的分类方法,最优选择为基于电池组特征向量Mahalanobis距离的聚类方法。针对退役锂电池在梯次利用时不同场景下的可用性与安全性以及不同工况下退役锂电池内部放热等热行为,本文也提出了合理的电池热管理措施。具体方法为首先进行不同倍率下的充放电循环实验,观察温升的变化。然后基于实验的数据和结果,通过分析锂离子电池的结构,工作原理及产热和散热机理,根据传热学理论,建立出电池组的三维热模型,并根据模型对电池进行了不同工况下的仿真模拟,分别研究了不同放电倍率、空气对流换热系数、循环次数以及电池组间距对电池温度场的影响并提出了合理的方案。同时,本文通过仿真建立新的电池组模型,保持内部单体电池的截面积和长度不变,将截面形状由矩形改为正方形,并维持单体电池的数量和间隙、外表面铝壳厚度、环境温度、各项散热系数和电池的生热速率不变,发现正方形截面的电池模型在表面积减小,整体散热量降低的情况下,在相同的放电倍率时仍引起更小的温升。主要原因在于电池组内部流道空间增大,相应会增大电池组内部的对流传热效果,从而带走更多热量。这一发现对锂电池的热管理有一定的优化效果。未来可对该散热结构进行深入研究,存在进一步优化的可能。

关键词：退役锂电池梯次利用工况仿真热管理

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退役锂电池正极材料中锂的选择性回收研究

退役锂电池正极材料中锂的选择性回收研究

作者：姬海燕南昌航空大学

学位级别：硕士

锂电池由于具备能量密度大、工作温度宽、循环寿命长等特性,已形成具有吸引力的储能技术,并在市场中呈现膨胀式的发展趋势。但是,由于锂电池使用寿命一般为3-5年,调查发现大量的锂电池在退役后如不进行合理处置,则其中所含有的重金属和... 详细信息

锂电池由于具备能量密度大、工作温度宽、循环寿命长等特性,已形成具有吸引力的储能技术,并在市场中呈现膨胀式的发展趋势。但是,由于锂电池使用寿命一般为3-5年,调查发现大量的锂电池在退役后如不进行合理处置,则其中所含有的重金属和化学有害成分将会导致不可逆转的环境危害,同时也损失了其蕴藏的丰富战略金属资源,所以,退役锂电池中的有价金属元素回收及再利用有着环保与能源节省的双重意图。锂在自然界中稀缺,且对锂电池而言是必不可少的战略金属,本文在综合湿法、火法冶金的双重优势条件下,研究提供了一种从退役锂电池正极材料中选择性回收锂的简便、环保新方法。主要的研究内容包括:(1)以退役三元锂电池正极材料为研究对象,通过热力学、XRD物相分析技术,明确了焙烧添加剂为焦硫酸钾(KSO)的低温焙烧-草酸钾溶液浸出工艺、中温焙烧-纯水浸出的回收路线。三元正极材料经低温焙烧-草酸钾溶液浸出处置,最佳条件下有价金属锂、镍、钴和锰的浸出率分别为97.21%、2.61%、3.1%、10.8%,运用分析技术系统表征发现,通过KSO低温焙烧处理三元正极材料后其中的锂、镍、钴、锰被分解,基于草酸盐水溶液中金属溶解度差异,使用草酸钾溶液浸出焙烧产物,其中锂元素可充分溶解于溶液中,而绝大部分的镍、钴、锰元素则存在于浸出渣中。通过中温焙烧-纯水浸出处理三元正极材料,最佳条件下锂、镍、钴、锰浸出率分别为98.97%、0.27%、0.95%、2.24%,表征分析发现,三元正极材料与焦硫酸钾中温焙烧后焙烧产物主要由CoO、Ni O、Mn O和水溶性Li KSO组成,水浸处理后,实现了锂元素的选择性提取。(2)以退役钴酸锂正极材料为研究对象,分析发现只有中温焦硫酸钾焙烧-纯水浸出技术路线可实现锂选择性提取。研究发现在最佳条件下焙烧产物由CoO和水溶性KLi SO组成,水浸处理后,锂浸出率98.51%,钴浸出率0.13%。联合运用XRD、XPS、SEM-EDS等表征技术,确定焦硫酸钾焙烧反应过程分为三个阶段:1)焦硫酸钾分解为SO和KSO;2)SO与Li Co O先全部反应生成LiSO、Co SO,接着Co SO进一步与Li Co O反应生成Co O(II)和LiSO;3)Co O(II)与体系中O反应生成CoO(II,III),LiSO和KSO反应生成KLi SO。通过控制KSO的加入量,焦硫酸钾中S元素全部转化为固相产物,无废气生成。此外,通过降低LiCO的结晶速率,向80℃锂富集液中缓慢加入饱和的KCO溶液,提高浸出LiCO的产品纯度,同时,基于LiCO水中溶解度与温度成反比,将析出的LiCO用沸腾的超纯水清洗,去除残留的K,最终得到纯度为99.65%的LiCO产品。(3)研究结果发现中温焙烧-纯水浸出技术路线适用于退役锂电池Li Co O、Li NiCoMnO和Li MnO正极材料中锂的选择性浸出,证明了该方法的广泛适应性。对比分析退役三元和锰酸锂正极材料中Mn元素浸出效果发现,最佳反应条件锰酸锂正极材料中的Mn的浸出率可低至0.08%,而三元正极材料中的Mn的浸出率可为2.24%,主要是由于多种元素复杂共存,三元正极材料焦硫酸钾焙烧时少量Mn元素未全部转化为Mn O,焙烧后产物中残存少量Mn SO。

关键词：退役锂电池焦硫酸钾焙烧水浸选择性提取锂元素