包含流体电解质的电池的再生装置的制作方法

本实用新型涉及一种电化学储能组件的再生方法及再生装置，特别是一种包含流体电解质的电池的再生装置。

背景技术：

锂电池、锂离子电池以及高性能锂离子电容器是电化学储能的主流，锂电池制造成本的逐年下降促进了储能产业的快速发展，在多种应用领域都具有经济性的竞争优势。以锂离子电池为核心的储能系统是电动汽车的关键动力系统。随着电动汽车在世界范围内的广泛普及，储能系统的回收将成为急待解决的问题。

不幸的是，回收这些废旧锂电池的方法很少，常见的方法包括：机械处理 (machanical processes)，火法工艺(pyrometallurgical processes，简称PP) 和湿法工艺(hydrometallurgy processes，简称HP)。机械工艺基本上是采用物理方式通过粉碎、收集和分类的步骤回收废旧锂电池的物料，包括磁选，空气弹道分离和筛分。火法工艺使用高温回收材料，包括热解，冶炼，蒸馏和精炼。但是，锂和有机化合物不能通过使用这种方法来回收。湿法工艺通常需要竹先进行机械处理，粉碎后的物料使用酸或碱来浸出溶液，然后纯化提取。已知关于废旧锂电池的回收技术，简单介绍如下。

在已公开的美国发明专利US8557412B2，提出了一种分离正极活性物质和硫化物固体电解质材料，并且可以回收在正极活性物质和硫化物固体电解质材料中含有的锂的电池部件的处理方法。所述处理方法的特征在于，包含以下工序：接触工序：通过使所述电池部件和处理液接触，从而在产生硫化氢的同时，使所述硫化物固体电解质材料中含有的锂溶解在所述处理液中；正极活性物质回收工序：从溶解有所述锂的处理液中回收作为不溶成分的所述正极活性物质；锂化合物回收工序：从作为所述不溶成分的正极活性物质被回收走了的处理液中回收锂化合物。

在已公开的美国发明专利US20130302226A1，提出了一种用于回收锂离子电池的方法和设备，将来自废弃锂离子电池的阴极材料溶解在用于提取有用元素Co(钴)，Ni(镍)，Mn(锰)，Li(锂)和Fe(铁)的溶液中以生产用于新电池的活性阴极材料。

在已公开的美国发明专利US8728419B1，提出了一种碱性电池回收处理技术，这件发明专利技术涉及从湿法粉碎的金属套碱性干电池中回收二氧化锰，氢氧化锌/氧化物和钢。还有一种回收可直接用于碱性干电池电极的钢和高纯二氧化锰的方法。

在已公开的美国发明专利US20160043450A1，提出了一种回收锂离子电池的正极材料的方法的示例。在一个示例中，正极材料在浓氢氧化锂溶液中在压力下被加热。加热之后，正极材料从浓氢氧化锂溶液中分离出来。分离之后，在碱性溶液中漂洗所述正极材料。漂洗之后，将所述正极材料干燥和烧结。

前述已知的专利技术基本上是一种包含物理或化学反应的再循环和复原过程。物理过程例如废旧锂电池硬件部分的碎裂。化学过程如使用碱和酸性药剂溶解废旧锂电池内部材料如粉末材料。物理和化学过程都是破坏原有的电池模块，并且由于它涉及太多的能量而造成废物回收的环境负担。此外，这些过程需要很多步骤才能完成最终的回收物料。可以理解的是，废旧锂电池拆解技术在拆解过程中会产生废气、废液和废渣等污染，可能造成生态环境隐患，甚至危及健康，不进行回收和处理又将浪费资源。实务上发现，锂电池的回收成本非常之高，例如回收过程消耗的能源成本和时间成本都可能造成回收成本高于回收获得的物料的价值。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一在于提供一种包含流体电解质的电池的再生装置。进一步地，所述的电池可以是锂，铝和硫基电池。

本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的一种实施例构造，包括：一容器、一感测单元、多个功能性电解液储存槽、至少一帮浦以及一控制器；所述的容器用于容纳已被移除封装外壳的电池的核心结构；该些功能性电解液储存槽分别储存有不同的功能性电解液；帮浦通过管路连接容器和该些功能性电解液储存槽；控制器电性连接感测单元和帮浦，控制器控制帮浦将该些不同的功能性电解液之中的一种适合用于去除固体电解质介面膜(SEI)的功能性电解液注入容器，使得核心结构浸泡在功能性电解液中，所述的感测单元包含多个传感器，该些传感器在核心结构浸泡在功能性电解液的期间检测容器中的功能性电解液的特性参数，控制器依据该些传感器检测获得的特性参数控制帮浦将该些功能性电解液储存槽中某一种适合的功能性电解液注入容器，直到容器中的功能性电解液的特性参数符合正常的电池使用的电解液的特性参数时，停止注入功能性电解液。

其中，该些功能性电解液包括离子浓度不同的数种功能性电解液以及适用于功能性电解液的溶剂。

作为本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的一实施例，容器具有一入口和一出口，帮浦通过管路连接容器的入口和该些功能性电解液储存槽，控制器控制帮浦将功能性电解液从入口注入容器，感测单元通过管路连接容器的出口用以检测从容器的出口流出的功能性电解液的特性参数，控制器依据该些传感器检测获得的特性参数控制帮浦将该些功能性电解液储存槽中某一种适合的功能性电解液从入口注入容器。

作为本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的一实施例，容器具有一入口和一出口，帮浦通过一多通路控制阀和管路连接容器的入口和该些功能性电解液储存槽，控制器控制帮浦和多通路控制阀将功能性电解液从入口注入容器，感测单元通过管路连接容器的出口用以检测从容器的出口流出的功能性电解液的特性参数，控制器依据该些传感器检测获得的特性参数控制帮浦和多通路控制阀将该些功能性电解液储存槽中某一种适合的功能性电解液从入口注入容器。

作为本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的一实施例，容器的出口通过管路连接该多通路控制阀，容器中的功能性电解液的特性参数符合正常的电池使用的电解液的特性参数时，控制器控制多通路控制阀将容器的出口排出的功能性电解液导引回流至该些功能性解液储存槽之中的一个储存起来。

作为本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的一实施例，其中包含一电力输出电路电性连接已被移除封装外壳的电池的核心结构，电力输出电路在已被移除封装外壳的电池的核心结构施加电压，该电压范围介于0V至5V。

作为本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的一实施例，其中包含一电容量检测电路电性连接已被移除封装外壳的电池的核心结构，电容量检测电路用以检测已被移除封装外壳的电池的核心结构的电容量，在电容量达到正常范围电容量时停止注入功能性电解液。

本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的有益效果在于：受损电池可以通过本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置，利用不同的功能性电解液去除固体电解质介面膜(SEI)，并交换有用的电解质以使电池恢复活性。

有关本实用新型的其它功效及实施例的详细内容，配合图式说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的一种实施例的功能方块图；

图2是本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的另一种实施例的功能方块图；

图3是本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的另一种实施例的功能方块图。

符号说明

10 容器 11 入口

12 出口 20 感测单元

21 传感器 30A～30D 功能性电解液储存槽

40 帮浦 50 控制器

60 多通路控制阀 70 电力输出电路

80 电容量检测电路 C 核心结构

P 管路

具体实施方式

在下文的实施方式中所述的位置关系，包括：上，下，左和右，若无特别指明，皆是以图式中组件绘示的方向为基准。

以锂离子电池为例，锂离子电池在首次充放电时锂离子从正极的活性材料中脱出，穿透隔离膜再进入电解液，最后再嵌入负极碳材料的层状空隙中，锂离子完成一个完整的脱嵌行为。此时，电子从正极沿外端回路出来，进入负极碳材料中。电解液在得到部分电子后发生还原反应，与锂离子结合反应生成一种厚度约100-120nm的介面膜，这个介面膜就是(solid electrolyte interphase，SEI)，下文简称为SEI膜。SEI膜通常形成于电极材料与电解液之间的固液相介面膜。电子、电解液中溶剂及锂离子间发生氧化还原反应，溶剂分子接收电子后与锂离子结合形成SEI膜并生成H2、 CO、CH2＝CH2等气体。随着SEI膜的厚度增大，直到电子无法穿透，则形成了钝化层，抑制了氧化还原反应的继续。

废旧锂电池的大部分衰减原因是形成在负极上的SEI膜的不规则性引起的，由于电解液中锂离子的损失而导致电容衰减，并导致正极和负极的不平衡容量。此外，过厚的SEI膜会阻碍锂离子嵌入SEI层以交换电荷。结果，电池的容量极低或电阻(电压低)过高。本实用新型装置可以适度的除去对于电池有负影响的SEI膜，也可说明过程中须测试浓度和导电度的必要性。

请参阅图1，是本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的一种实施例的功能方块图。本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的一种实施例，包括：一容器10、一感测单元20、多个功能性电解液储存槽30A～ 30D、至少一帮浦40以及一控制器50。

其中容器10用于容纳已被移除封装外壳的电池的核心结构C，较佳地是利用一种支架或固定手段，将核心结构C固定在容器10之中；不同的电池适用不同的功能性电解液，因此需要在不同的功能性电解液储存槽30A～30D 之中储备不同类型的功能电解液用于电池的再生的过程，不同的功能性电解液分别储存在该些功能性电解液储存槽30A～30D；帮浦40通过管路P连接容器10和该些功能性电解液储存槽30A～30D；控制器50电性连接感测单元 20和帮浦40，控制器50控制帮浦40将该些不同的功能性电解液之中的一种适合用于去除SEI膜的功能性电解液注入容器10(例如功能性电解液储存槽30A中储存的功能性电解液)，使得核心结构C浸泡在功能性电解液之中。

其中适合用于去除固体电解质介面膜(SEI膜)的功能性电解液的一种实施方式，是具有碳酸盐和/或醇和/或酮基的典型功能电解质，功能性电解液由具有官能团的化学品如碳酸酯组成，记为R1O-CO-O R2(其中R1，R2＝H(氢基)，甲基，乙基，环状环)，水溶液包括醇类和酮类。典型公式如下所示：

所述的感测单元20包含多个传感器21，该些传感器21在核心结构C浸泡在功能性电解液的期间检测容器10中的功能性电解液的特性参数，控制器 50依据该些传感器21检测获得的特性参数控制帮浦40将该些功能性电解液储存槽30A～30D中某一种适合的功能性电解液注入容器10，目的在于调整功能性电解液的成分，直到容器10中的功能性电解液的特性参数符合正常的电池使用的电解液的特性参数时，停止注入功能性电解液。其中，该些功能性电解液包括离子浓度不同的数种功能性电解液以及适用于功能性电解液的溶剂。

其中检测功能性电解液的特性参数的目的在于通过检测获得的特性参数中的浓度(例如锂离子电池的电解液的锂离子浓度)和导电度，判断功能性电解液是否适用，换言之，如果检测出浓度过低和过高可以通过注入不同浓度的功能性电解液进行调整，使功能性电解液恢复为正常可使用状态的浓度。而导电度亦为功能性电解液一项重要的检测指针，过低的功能性电解液导电度无法使电池具备高效能的充放电行为，因此通过检测功能性电解液的浓度和导电率，本实用新型技术可以通过注入其它适合的功能性电解液使电池恢复至正常的状态。

较佳地，在核心结构C被放入容器10并且浸泡在功能性电解液之后，让功能性电解液保持流动可以提高冲洗和去除SEI膜的效果。实现流动的一种实施方式，请参阅图2，其中容器10具有一入口11和一出口12，帮浦40通过管路P连接容器10的入口11和该些功能性电解液储存槽30A～30D，控制器50 控制帮浦40将功能性电解液从入口11注入容器10，感测单元20通过管路P 连接容器10的出口12用以检测从容器10的出口12流出的功能性电解液的特性参数，控制器50依据该些传感器21检测获得的特性参数控制帮浦40将该些功能性电解液储存槽30A～30D之中某一种适合的功能性电解液从入口11 注入容器10，这样就可以让浸泡着核心结构C的功能性电解液保持流动。

请参阅图3，是本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的另一种实施例的功能方块图；其中容器10具有一入口11和一出口12，帮浦40通过一多通路控制阀60和管路P连接容器10的入口11和该些功能性电解液储存槽30A～30D，控制器50控制帮浦40和多通路控制阀60将功能性电解液从入口11注入容器10，感测单元20通过管路P连接容器10的出口12用以检测从容器10的出口12流出的功能性电解液的特性参数，控制器50依据该些传感器 21检测获得的特性参数控制帮浦40和多通路控制阀60将该些功能性电解液储存槽30A～30D之中某一种适合的功能性电解液从入口11注入容器10。

图作为本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的一实施例，容器10的出口12通过管路P连接多通路控制阀60，容器10中的功能性电解液的特性参数符合正常的电池使用的电解液的特性参数时，控制器50控制多通路控制阀60将容器10的出口12排出的功能性电解液导引回流至该些功能性解液储存槽30A～30D之中的一个储存起来，例如导引回流至原来适合用于去除固体电解质介面膜(SEI膜)的功能性电解液的同一个功能性电解液储存槽30A，也可以是其它专用于回收功能性电解液的功能性解液储存槽30D。换言之，这种重新收回功能性电解液储存槽30A的功能性电解液是重新平衡电解液，例如是锂离子电池使用的含锂电解液，具有适当锂离子浓度和导电率，这种重新收回功能性电解液储存槽30A的功能性电解液可以直接注入到复原的核心结构C的新的封装外壳之中，成为再生的电池。

图请参阅图1，作为本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的另一实施例，其中包含一电力输出电路70电性连接核心结构C，电力输出电路 70在核心结构C施加电压用以在核心结构C浸泡在功能性电解液的期间协助去除SEI膜，该电压范围介于0V至5V。

作为本实用新型包含流体电解质的电池的再生装置的一实施例，其中包含一电容量检测电路80电性连接核心结构C，电容量检测电路80用以核心结构C浸泡在功能性电解液的期间检测核心结构C的电容量，在电容量达到正常范围电容量时停止注入功能性电解液。

以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本实用新型技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本实用新型技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修饰为其它等效的实施例，但仍应视为与本实用新型实质相同的技术或实施例。