一种含锂电池的修复再生方法技术

本发明专利技术提供了一种含锂电池的修复再生方法，当电池容量下降至标称容量的预定值时对含锂电池进行修复再生，通过使含锂电池的负极相对于含锂电池的第三电极的电位位于2.5伏≤V≤4伏，激发负极SEI膜电化学分解。在对电池进行清洗和换液之后，连接含锂电池的正极与含锂电池的第三电极进行小电流密度放电，利用电解液中的溶剂化锂离子实现浓差平衡，实现全部正极片的均匀补锂。通过化成，在负极表面重新形成稳定的SEI膜。本发明专利技术的修复再生技术能够在不拆解电池、不破坏电芯的前提下，同时实现负极SEI膜有机组分的原位削减、失效电解液的更替、各极片中已损失活性锂的均匀补充，达到电池性能再激活的效果。池性能再激活的效果。池性能再激活的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种含锂电池的修复再生方法


[0001]本专利技术涉及电池领域，具体地涉及一种含锂电池的修复再生方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池在便携式电子设备、无线通讯等领域获得了广泛应用，并逐渐试用于新能源汽车和大规模储能领域。然而，新能源汽车及电力储能系统对于电池的日历使用寿命要求远远高于消费类小型电池的寿命要求。尤其是电力储能系统基本上都要求电池具备十年乃至二十年以上的日历使用寿命，现有锂离子电池在一次生命周期内无法满足需求。而当前电池失效后一般采用拆解粉碎再回收的处理方式，不但污染环境、消耗大量能源，并且只能回收有限的金属离子，因此，寻找新的技术途径对到达寿命终点电池进行修复再生，进一步提升储能电池的日历使用寿命至关重要。
[0003]锂离子电池在实际使用过程中逐渐失效的主要原因包括以下几点：1、电解液失效；2、材料界面失效(主要是负极材料表面SEI膜增厚及锂枝晶生长导致)；3、活性锂损失；4、活性材料晶格紊乱。其中，材料界面失效和电解液失效及造成的活性锂损失是导致锂离子电池实际使用失效的核心因素。如何对含锂电池进行修复再生是目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对以上存在的问题，本专利技术提供一种含锂电池的修复再生方法，当电池容量下降至标称容量的预定值时对含锂电池进行修复再生，通过使含锂电池的负极相对于含锂电池的第三电极的电位位于2.5伏≤V≤4伏，激发负极SEI膜电化学分解。在对电池进行清洗和换液之后，连接含锂电池的正极与含锂电池的第三电极进行小电流密度放电，利用电解液中的溶剂化锂离子实现浓差平衡，实现全部正极片的均匀补锂。通过化成，在负极表面重新形成稳定的SEI膜。在电池化成之后，再次连接含锂电池的正极与含锂电池的第三电极，以小电流密度放电的方式使得正极片完全嵌满锂。通过本专利技术的修复再生方法，在对电池进行报废处理之前进行修复再生，包括在不拆解电池、不破坏电芯的前提下，通过过放电或反向充电的方法对负极SEI膜部分或全部组成部分进行原位去除；通过换液对电池内失效电解液进行更换；通过对放电状态下的电芯进行第三电极补锂，补充电池循环过程中损失的活性锂，进而达到电池性能再激活的目的。
[0005]本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]根据本专利技术提供一种含锂电池的修复再生方法，该修复再生方法包括如下步骤：(a)判定步骤：当含锂电池的容量下降至标称容量的预定值时，判定含锂电池需要进行修复再生；(b)去除SEI膜步骤：在预定电流密度下，使得负极相对于第三电极的电位位于2.5伏≤V≤4伏，从而使负极SEI膜的组分在氧化作用下分解、脱落，并溶解或分散于电解液中，预定电流密度为0.005C～10C；(c)换液步骤：将含锂电池内的原有电解液排出，对电池内部注入新的电解液；(d)再生补锂步骤：连接正极与第三电极进行小电流密度放电，利用电解液中的溶剂化锂离子实现浓差平衡，使得第三电极中的锂充分且均衡地嵌入到各个正极片的
正极活性材料中，形成满嵌锂正极片后，将正极与第三电极断路，小电流密度为0.005C～0.1C；(e)化成步骤：将含锂电池进行化成，在负极表面重新形成稳定的SEI膜。
[0007]在步骤(a)中，预定值可以为标称容量的60％～90％。也就是说，在电池的使用过程中，当检测到含锂电池的容量下降至例如标称容量的80％时，可启动修复再生程序。电池容量下降的预定值可以根据实际需要设定。
[0008]在步骤(b)中，预定电流密度为0.005C～10C。也就是说，预定电流密度可以为1C(1倍率)下电流密度的0.005倍～10倍。在预定电流密度下，通过使得负极相对于第三电极的电位位于2.5伏≤V≤4伏来去除SEI膜。该步骤可利用放电系统实现或者可利用充电电源实现。当利用放电系统时，连接含锂电池正负极，通过将含锂电池放电至V≤0伏，即将含锂电池过放电，可以使得含锂电池的负极相对于含锂电池的第三电极的电位位于2.5伏≤V≤4伏。当利用充电电源时，可将含锂电池的正极与充电电源的负极电连接并且将含锂电池的负极与充电电源的正极电连接，当含锂电池的正负极与电源的正负极反接时，可以使得含锂电池的负极相对于含锂电池的第三电极的电位位于2.5伏≤V≤4伏；或者，当利用充电电源时，可将含锂电池的负极与充电电源的正极电连接并且将含锂电池的第三电极与充电电源的负极电连接，也可以使得含锂电池的负极相对于含锂电池的第三电极的电位位于2.5伏≤V≤4伏。当利用放电系统或充电电源使得含锂电池的负极相对于含锂电池的第三电极的电位位于2.5伏≤V≤4伏时，可有效清除SEI膜外部具有较高厚度、较大阻抗并且不稳定的有机组分，保留内部较致密、具有更高稳定性的无机组分。由于SEI膜主要组成为内部无机层和外部有机层，而有机层一般可在4伏以下电化学氧化分解，而无机成分的分解电位更高(一般在4伏以上)，在常规锂离子电池中由于负极采用铜箔作为负极集流体，铜箔在3.3伏左右会发生氧化溶解，并在对位正极上面析出，导致短路等严重影响电池性能的现象，所以无法使负极侧电位过高。而如果采用具有更高氧化电位稳定性的负极集流体，则可以实现负极侧电极电位的进一步升高，实现SEI膜内有机组分的氧化分解，比如不锈钢集流体等。由于SEI膜内有机成分较无机成分更易于氧化分解，因此氧化分解最先发生反应的部位是SEI膜内有机成分与负极最接近的部位，有机成分例如为(CH2OCO2Li)2、ROCO2Li、ROLi、RCOOLi等，氧化导致有机成分与负极接触点的熔断，使有机成分脱离负极SEI膜。在去除SEI膜时的电流密度选择中，优选地采用大电流密度充放电，实现有机成分与负极接触点的熔断，而不是小电流密度使含锂电池负极逐渐升压，小电流密度逐渐升压有可能引起诸如石墨结构的坍塌，从而影响电池的后期性能。因此，去除SEI膜步骤中优选地选取大电流密度为2C～10C，进一步优选为4C～7C。
[0009]另外，在步骤(b)中，还可包括高温热解步骤，对含锂电池内部进行加热，使得电池内部的温度加热至40℃～100℃，用以促进SEI膜分解并增加SEI膜及其分解组分在电解液或溶解液中的溶解度。SEI膜可在高温下分解，提高电池内部温度还可以使SEI易溶部分的溶解度增加。另外，在高温热解步骤中，还可将溶解液注入含锂电池内，溶解液在高温状态下保持预定时间后再排出，循环1～3次，从而将分解的SEI膜的溶解部分和分散于溶解液中的脱落物排出电池。高温状态的溶解液的温度可为40℃～100℃，该溶解液可以在含锂电池内部进行加热，或者该溶解液可以在外部加热后再注入含锂电池内。溶解液可以为对SEI膜内有机组分具有溶解性能并对电极材料无破坏效果的溶剂，溶解液可以为碳酸酯类、羧酸酯类、醇类、醚类、酮类和水中的一种或多种混合。例如，碳酸酯类溶剂可包括碳酸乙烯酯、
碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、氯代碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸丙烯酯和三氟代碳酸丙烯酯等；羧酸酯类溶剂可包括甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯等；醇类溶剂可包括甲醇、乙醇、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含锂电池的修复再生方法，其特征在于，所述修复再生方法包括如下步骤：(a)判定步骤：当含锂电池的容量下降至标称容量的预定值时，判定需要进行修复再生；(b)去除SEI膜步骤：在预定电流密度下，使得所述含锂电池的负极相对于第三电极的电位位于2.5伏≤V≤4伏，从而使负极SEI膜的有机组分在氧化作用下分解、脱落，并溶解或分散于电解液中，所述预定电流密度为0.005C～10C；(c)换液步骤：将含锂电池内的原有电解液排出，对电池内部注入新的电解液；(d)再生补锂步骤：将所述含锂电池完全放电，然后连接含锂电池的正极与含锂电池的第三电极进行小电流密度放电，利用电解液中的溶剂化锂离子实现浓差平衡，使得所述第三电极中的锂充分且均衡地嵌入到含锂电池的各个正极片的正极活性材料中，形成满嵌锂正极片后，将所述含锂电池的正极与含锂电池的第三电极断路，所述小电流密度为0.005C～0.1C；(e)化成步骤：将含锂电池进行化成，在负极表面重新形成稳定的SEI膜。2.根据权利要求1所述的含锂电池的修复再生方法，其中，在所述步骤(a)中，所述预定值为标称容量的60％～90％。3.根据权利要求1所述的含锂电池的修复再生方法，其中，在所述步骤(b)中，所述预定电流密度为大电流密度，所述大电流密度为2C-10C。4.根据权利要求3所述的含锂电池的修复再生方法，其中，在所述步骤(b)中，利用放电设备使得所述含锂电池的电压下降，从而使得所述含锂电池的负极相对于第三电极的电位位于2.5伏≤V≤4伏。5.根据权利要求3所述的含锂电池的修复再生方法，其中，在所述步骤(b)中，将含锂电池的正负极与充电电源的正负极反接，从而使得所述含锂电池的负极相...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昊，陈永翀，田光耀，张彬，何颖源，
申请(专利权)人：北京好风光储能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：