在低温下初始浸泡于氯化钙溶液中然后电路短路使电化学蓄能器惰化以准备将其粉碎的方法技术

本发明专利技术公开了在低温下初始浸泡于氯化钙溶液中然后电路短路使电化学蓄能器惰化以准备将其粉碎的方法。本发明专利技术基本上由在浸没于CaCl2水溶液中的电化学蓄能器中生成短路组成，该溶液在液态下的低温(通常为

【技术实现步骤摘要】
在低温下初始浸泡于氯化钙溶液中然后电路短路使电化学蓄能器惰化以准备将其粉碎的方法


[0001]本专利技术涉及电化学蓄能器领域并且更特别地涉及金属离子蓄能器或其他化学物质(铅等)的蓄能器。
[0002]本专利技术的目标首先是确保蓄能器在回收前通过短路放电，并且在所述蓄能器中不产生热失控。
[0003]尽管参考锂离子蓄能器进行描述，但本专利技术适用于任何金属离子电化学蓄能器，即也适用于钠离子蓄能器、镁离子蓄能器和铝离子蓄能器或其他化学物质(铅等)的蓄能器。

技术介绍

[0004]随着使用锂离子电池的大众市场电动汽车的巨大增长，锂离子电池的产量也大幅增加。
[0005]在锂离子电池的报废策略中，回收使用过的电池是一种实现可持续性和最小化环境污染的解决方案。
[0006]锂离子电池的惰化是在回收过程之前的重要步骤，以确保其回收过程中人和环境的安全。这是因为回收中的一个步骤是粉碎蓄能器。
[0007]在这个粉碎过程中，如果蓄能器没有完全放电，就有短路的风险，这会使蓄能器升温并可以导致其热失控。如果发生这种情况，不仅存在由于潜在的爆炸和火灾导致的物理风险，而且还存在由于失控过程中可以产生的有毒烟雾导致的化学风险。类似地，如果需要为指定用于回收的报废蓄能器提供运输，运输之前被惰化的蓄能器有助于安全。
[0008]一种允许大量蓄能器快速且安全放电以便随后可以将其回收的方法包括首先将蓄能器彼此分离后，将蓄能器浸泡在含有给定浓度的NaCl溶液的槽中。
[0009]图1显示了执行此类方法的系统的示意图：将其中电化学作用仍然有活性的蓄能器A1、A2、...Ax浸没于含有通过供应导管2引入的NaCl溶液的槽1中。NaCl溶液可以通过出口导管3排出。
[0010]假设蓄能器A1、A2、
…
Ax的输出端子之间的电压V大于1.23V，盐水根据以下反应方程进行水解:
[0011]‑
在负端子：H2O＝1/2O2+2H
+
+2e
‑
[0012]‑
在正端子：2H
+
+2e
‑
＝H2。
[0013]因此，每个具有电化学活性的蓄能器都会经历逐渐放电。由水解导致的氢释放的速率可以是相当大的。蓄能器的数量越多，水解产生的二氢的量就越大。
[0014]举例来说，对于将数量等于8000个18650型蓄能器浸没在浓度为5重量％的NaCl溶液中，该量测量为103.7l/s。该量的二氢的释放增加了爆炸性空气(ATEX)的风险。封闭放电溶液(NaCl)的通风装置必须能够处理氢释放，同时保持在可接受的限值内。这影响了其尺寸，并也影响了可以同时放电的蓄能器数量，这是根据其剩余电化学活性。
[0015]文献包含有关用于通过冷却使蓄能器惰化的技术的出版物。
[0016]因此，专利US 7 833 646 B2公开了其中锂电池在持续冷却的CO2气体流下被粉碎的解决方案。未提及CO2气体的温度。该解决方案有一些缺点：首先，它必须在需要大量的过程系统的气氛下惰化。此外，通过气体流动的方式进行冷却的效果先天不如通过浸没在液体中冷却的效果。
[0017]专利US 5888463A建议将锂电池浸没于温度近似为
‑
196℃的液氮中，然后将其粉碎。这种技术使电池被粉碎同时确保它们不经历热失控。另一方面，使用液氮成本很高，并意味着要降到极低的温度(
‑
196℃)。因此，装置、特别是粉碎装置需要进行特别设计以承受这种温度，这增加了方法的额外成本。
[0018]因此，需要提供一种可靠的(即允许在没有火灾或爆炸风险的情况下粉碎蓄能器)并且能够以比现有技术解决方案更低的成本实现的用于使电化学蓄能器、尤其是金属离子蓄能器惰化的解决方案。
[0019]本专利技术的目的是至少部分满足该需求。

技术实现思路

[0020]为此，本专利技术在一方面涉及一种用于使电化学蓄能器(A)、尤其是金属离子蓄能器惰化的方法，其包括以下步骤：
[0021]0/选择一种类型的盐或盐的混合物，选择其在水溶液中按重量计的浓度，并为水溶液选择冷却温度使蓄能器处于温度低于或等于称为“热失控温度”T2的温度下，该选择还确保在整个冷却过程中水溶液保持在液态；
[0022]i/供应步骤0/所选的盐或盐的混合物的水溶液；
[0023]ii/将盐或盐的混合物的水溶液冷却到步骤0/所确定的温度；
[0024]iii/使蓄能器浸没于盐或盐的混合物的冷却水溶液中；
[0025]iv/使蓄能器短路以引起其放电。
[0026]根据有利的实施方式，步骤i/由供应氯化钙(CaCl2)的水溶液组成。根据该实施方式，浓度有利地为0重量％至30重量％的CaCl2。
[0027]优选地，步骤0/所确定的温度高于或等于
‑
50℃。
[0028]更优选地，步骤iv/通过刺穿或压碎蓄能器的外壳进行。
[0029]更优选地，步骤iv/进行0.5至7h、优选小于4h的时间(t)。
[0030]本专利技术还提供了一种用于使多个电化学蓄能器、诸如上述的那些电化学蓄能器惰化的方法，所述多个蓄能器在步骤iii/和iv/期间组装在模块内或电池包内并在步骤iv/结束时在适当的情况下拆卸。
[0031]本专利技术还提供了已根据上述方法放电的蓄能器。
[0032]每个蓄能器可为Li离子蓄能器，其中：
[0033]‑
负极的材料选自包括以下的组：石墨、锂和钛酸盐氧化物Li4TiO5O
12
；
[0034]‑
正极的材料选自包括以下的组：LiFePO4、LiCoO2和LiNi
0.33
Mn
0.33
Co
0.33
O2。
[0035]本专利技术还涉及用于回收电化学蓄能器的方法，其包括粉碎源自上述方法的蓄能器的步骤。
[0036]粉碎步骤有利地在步骤iv/之后并且在适当的情况下在与执行步骤i/至iv/的过
程系统不同的过程系统中进行。
[0037]因此，本专利技术基本上由在浸没于CaCl2水溶液中的电化学蓄能器中生成短路组成，该溶液在液态下的低温(通常为
‑
50℃)确保了蓄能器所产生的热量的热吸收，因此可靠地防止了它们发生热失控，所述短路在粉碎蓄能器之前且与粉碎蓄能器分开地发生。
[0038]关于热失控现象，应参考出版物[1]和其中所述的方案。在该出版物中，称为“热失控温度”的温度被指定为T2。
[0039]出版物的图2中的温度T2(通常为150℃)是在绝热条件下蓄能器以10℃/min的典型加热速率升温导致蓄能器的电化学阵列中的分离器熔融、导致短路并从而导致电压崩溃时的温度或高于该温度。
[0040]因此，在这里和在本专利技术的上下文中，“热失控”可以理解为意指加热温度的导数值与时间的导数值之间的比率至少为每本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于使至少一个电化学蓄能器(A)惰化的方法，包括以下步骤：0/选择一种类型的盐或盐的混合物，选择其在水溶液中按重量计的浓度，并为所述水溶液选择冷却温度使蓄能器处于温度低于或等于称为“热失控温度”T2的温度下，所述选择还确保在整个冷却过程中所述水溶液保持在液态；i/供应步骤0/所选的所述盐或盐的混合物的水溶液；ii/将所述盐或盐的混合物的水溶液冷却到步骤0/所确定的温度；iii/使所述蓄能器浸没于所述盐或盐的混合物的冷却水溶液中；iv/使所述蓄能器短路以引起其放电。2.根据权利要求1所述的方法，步骤i/由供应氯化钙(CaCl2)水溶液组成。3.根据权利要求2所述的方法，所述CaCl2浓度为0重量％至30重量％。4.根据权利要求1所述的方法，步骤0/所确定的温度高于或等于
‑
50℃。5.根据权利要求1所述的方法，步骤iv/通过刺穿或压碎所述蓄能器的外壳进行。6.根据权利要求1所述的方法，步骤iv/进行0.5至7h、优选小于4h...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞米，
申请(专利权)人：原子能与替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：