一种多场协同修复退役电池的方法和装置与流程

本发明涉及电池修复，具体涉及一种多场协同修复退役电池的方法和装置。

背景技术：

1、目前，商品化电池按照应用场景包括动力电池、储能电池和3c电池，主要为锂离子电池和钠离子电池。其中，动力电池和3c电池以锂离子电池为主，储能电池以钠离子电池为主。较成熟的锂离子电池体系包括镍钴锰三元正极//石墨负极、镍钴锰三元正极//硅基负极、钴酸锂正极//石墨负极、钴酸锂正极//硅基负极、磷酸亚铁锂正极//石墨负极、锰酸锂正极//石墨负极、富锂锰基正极//石墨负极等。下一代锂离子电池包括高镍三元正极//锂金属负极、富锂锰基正极//金属锂负极、高镍三元正极//磷基负极、富锂锰基正极//磷基负极等；钠离子电池包括层状氧化物正极//碳负极、普鲁士蓝正极//碳负极、聚磷酸盐正极//碳负极、层状氧化物正极//磷基负极、普鲁士蓝正极//磷基负极、聚磷酸盐正极//磷基负极等。

2、动力电池的服役期为5-8年，3c电池服役期为3-5年，储能电池的服役期为5-15年。从2016年起，全球动力电池、3c电池和储能电池的产销量与日俱增，我国动力电池已超过600gwh，并日益剧增，如果不对已废弃的电池进行回收，会对自然环境造成严重影响，将回收后的电池进行技术提取，很多材料可以得到二次利用，废旧电池回收将会形成一个十分庞大的市场。然而，目前电池回收过程非常复杂，主要以暴力拆解方法为主，存在以下问题：1、工艺复杂；2、回收率低；3、回收成本高；4、时间周期长。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种多场协同修复退役电池的方法和装置，以解决现有电池回收工艺复杂、成本高和效果差的问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种多场协同修复退役电池的方法，包括以下步骤：将退役电池依次进行充电和放电，充电和/或放电在协同场作用下进行，得到再生电池；协同场为磁场、压力场或温度场中至少一种，充电和放电共循环操作1-20次。

3、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

4、进一步，退役电池的正极材料包含锂、钠、钾、钴、镍、锰、铁、铜、钛、钒、铬和锌中至少一种的氧化物或聚磷酸盐或普鲁士蓝或普鲁士白。

5、进一步，退役电池为锂离子电池或钠离子电池。

6、进一步，锂离子电池正极材料包含镍酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂和磷酸钴锂中至少一种。

7、进一步，钠离子电池正极材料包含钴酸钠、锰酸钠、镍酸钠、钒酸钠、铬钛酸钠、磷酸锰钠、磷酸铁钠、磷酸钒钠、焦磷酸磷酸铁钠、硫酸铁钠、铜铁锰酸钠、镍铁锰酸钠、富钠锰酸钠、普鲁士蓝和普鲁士白中至少一种。

8、进一步，退役电池的电解液为酯类电解液体系、醚类电解液体系、离子液体电解液体系和水系电解液体系中至少一种。

9、进一步，退役电池的负极材料包含碳、磷、硅、锡、锂和钠至少一种。

10、进一步，退役电池为软包型叠片电池、钢壳型叠片电池、刀片型电池、圆柱型电池或纽扣型电池。

11、进一步，在1.5-4.8v电压范围和0.01-10c的充/放电倍率下进行充电和放电。

12、进一步，在3-4.2v电压范围和0.1-1c的充/放电倍率下进行充电和放电。

13、进一步，将退役电池依次进行充电和放电，充电和/或放电在协同场作用下进行，充电和放电共循环操作20次。

14、进一步，将退役电池依次进行充电和放电，充电和/或放电在协同场作用下进行，进行1次充电和1次放电。

15、进一步，将退役电池依次进行充电和放电，充电和/或放电在协同场作用下进行，充电和放电共循环操作1-10次。

16、进一步，将退役电池依次进行充电和放电，充电和/或放电在协同场作用下进行，充电和放电共循环操作1-5次。

17、进一步，将退役电池依次进行充电和放电，充电和/或放电在协同场作用下进行，充电和放电共循环操作2次。

18、进一步，将退役电池依次进行充电和放电，充电和/或放电在协同场作用下进行，充电和放电共循环操作3次。

19、进一步，将退役电池依次进行充电和放电，充电和/或放电在协同场作用下进行，充电和放电共循环操作5次。

20、进一步，进行充电和放电的时间为4-100h。

21、进一步，进行充电和放电的时间为6-20h。

22、进一步，进行充电和放电的时间为10h。

23、进一步，磁场强度为0.1-2t。

24、进一步，磁场强度为0.3-1t。

25、进一步，磁场强度为0.5-1t。

26、进一步，磁场强度为0.3-1.2t。

27、进一步，磁场强度为0.4t。

28、进一步，磁场强度为0.8t。

29、进一步，磁场强度为1.2t。

30、进一步，压力场强度为500-5000pa。

31、进一步，压力场强度为1000pa。

32、进一步，温度场温度为-30℃～80℃。

33、进一步，温度场温度为0℃-80℃。

34、进一步，温度场温度为35℃-80℃。

35、本发明还提供上述方法修复得到的再生电池。

36、本发明还提供上述方法所采用的的装置，包括：退役电池、充放电仪、压力场、磁场和温度控制箱，充放电仪的正极连接退役电池的正极，充放电仪的负极连接退役电池的负极，压力场设置在退役电池侧壁的两侧，磁场设置在压力场的外侧，退役电池、压力场和磁场均设置在温度控制箱内，充放电仪设置在温度控制箱外。

37、本发明具有以下有益效果：

38、1、如何修复正负极材料体相结构，修复晶界界面、电极/电解液界面是电池再生应用的关键，本发明是一种非拆解再生利用的新技术，是退役二次离子电池的再利用的关键所在。本发明将退役电池置于磁场、温度场和力场中至少一种场的条件下，进行一定电压范围内的充放电活化再生，经过几次充放电活化后，使正极和负极晶粒体相得到修复和重构，从而电池性能可恢复到新电池初始容量的80％以上，从而实现锂离子电池和钠离子电池的再生利用。本发明提供的电池再生方法优势在于无需拆解电池、时间短、低能耗、成本低、无三废。

39、2、本发明的磁场、力场或温度场用于改变所述电池正极材料和负极材料的体相反应过程和界面反应过程；磁场和温度场用于修复正极材料中过渡金属离子和碱金属离子在体相中的排布和结晶度、修复晶界及电极/电解液界面结构；磁场和力场用于修复负极材料中体相和界面结构，压力场和温度场修复电极微纳结构和激活常温下不能反应的活性物质。

40、3、本发明的充放电仪和磁场协同作用，磁场调控体相原子排列和电子自旋态，修复体相结构和界面结构，主要适用含金属元素的正极材料(主要针对正极的衰退或失效)；

41、充放电仪和压力场协同作用，能够抑制体积变化，修复电极微纳结构，主要适用金属锂负极、金属钠负极、磷基负极、硅基负极或碳基负极(主要针对负极的衰退或失效)；

42、充放电仪和温度场协同作用，能够提高反应动力学，激活常温下不能反应的活性物质，主要适用金属锂负极、金属钠负极、磷基负极、硅基负极、碳基负极、低温易衰减的磷酸铁锂正极、高温易衰减的锰酸锂正极；

43、充放电仪、压力场和温度场协同作用，温度场提高反应动力学，激活常温下不能反应的正极和/或负极中的活性物质，同时压力场抑制体积变化，修复正极和/或负极电极微纳结构，特别是适用于金属锂负极、金属钠负极、磷基负极、硅基负极或碳基负极等(主要针对负极的衰退或失效)，尤其适用于温度敏感的磷酸铁锂正极；

44、充放电仪、磁场和温度场协同作用，磁场调控体相原子排列和电子自旋态，修复体相结构和界面结构，同时温度场提高反应动力学，激活常温下不能反应的活性物质，主要适用含金属元素的正极材料的体相和界面修复(主要针对正极的衰退或失效)，还适用金属锂负极、金属钠负极、磷基负极、硅基负极、碳基负极等的体相和界面修复(主要针对负极的衰退或失效)；

45、充放电仪、磁场和压力场协同作用，磁场调控体相原子排列和电子自旋态，修复体相结构和界面结构，同时，压力场抑制体积变化，修复电极微纳结构，主要适用含金属元素的正极材料的体相和界面修复(主要针对正极的衰退或失效)，还适用金属锂负极、金属钠负极、磷基负极、硅基负极、碳基负极的体相和界面修复(主要针对负极的衰退或失效)；

46、充放电仪、磁场、力场和温度场协同作用下，磁场调控体相原子排列和电子自旋态，修复体相结构和界面结构，同时抑制体积变化，修复电极微纳结构，另外，提高反应动力学，激活常温下不能反应的活性物质，主要适用含金属元素的正极材料的体相和界面修复(主要针对正极的衰退或失效)，还适用金属锂负极、金属钠负极、磷基负极、硅基负极、碳基负极的体相和界面修复(主要针对负极的衰退或失效)。