一种梯次锂离子电池回收利用方法及系统

技术领域

本发明涉及一种梯次锂离子电池回收利用方法及系统，属于锂离子电池回收利用技术领域。

背景技术

动力锂离子电池经过3-8年的使用，此时仍然具有最初80％的容量，能量密度仍远高于铅酸电池，可以用于通信基站备用电源和储能的电池。随着锂离子电池成本的不断下降，这种能量密度更高、寿命更长的电池正变得更具竞争力，在部分应用场景可以取代铅酸电池。电池的梯次利用有望进一步降低基站建设成本，在削峰填谷、太阳能基站等场景发挥电池的优势，创造价值。

锂离子电池在大倍率充放电也会造成锂离子电池容量损失，这是因为正负极在充放电过程会发生体积收缩和膨胀，而充放电电流越大，收缩膨胀越剧烈，应力越大，从而正负极的颗粒在体积快速变化中更容易发生破裂或者从集流体剥离，导致循环衰减加快。作为梯次使用继续过充则会引起锂离子电池热失控。在过高的SOC下，电解液的分解速率会变快，在石墨负极形成厚的沉积层，该沉积层所含的锂以沉淀，即“死锂”，并且由于生成较厚的SEI膜，阻抗变大并造成活性锂的损失，然而如果仍然按照新电池的充放电方式将会迅速消耗电池的寿命。造成电池与整个储能系统的寿命是不配套，后续更换梯次电池的成本非常高。

目前现有技术主要通过大电流对梯次电池进行激活，利用短期大电流产生的热量活化电解液并激活部分死锂，该技术对提升电池容量有一定作用。但大电流下电池电压会随着极化的扩大而迅速升高，从而导致正负极活性物质结构发生不可逆的变化，导致锂离子电池电解液分解，产生大量蒸汽，释放出大量热值，大幅提高电池温度和气压，溶解或关闭外部隔膜，导致电池正极和正极材料接触短路故障，且存在爆炸、着火等安全隐患，对梯次电池的循环寿命提出了新的挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种梯次锂离子电池回收利用方法及系统，以解决目前梯次锂离子电池回收利用过程中存在的电池寿命低的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种梯次锂离子电池回收利用方法，该方法包括以下步骤：

在对回收的梯次锂离子电池进行充、放电过程中，按照设定的充电截止电压和放电截止电压进行控制，其中设定的充电截止电压低于标准充电截止电压和/或设定的放电截止电压高于标准放电截止电压。

进一步地，所述设定的充电截止电压和放电截止电压与回收利用的梯次电池的实际容量占最初容量的比值有关，实际容量占最初容量的比值越低，对应的设定的充电截止电压越低，设定的放电截止电压越高。

进一步地，所述的标准充电截止电压和放电截止电压为新电池对应的充电截止电压和放电截止电压。

进一步地，当回收利用的梯次电池的实际容量达到最初容量90％以上时，设定的充电截止电压为3.6V，放电介质电压为2.0V；当回收利用的梯次电池的实际容量达到最初容量80％-90％之间时，设定的充电截止电压为3.5V，放电介质电压为2.1V；当回收利用的梯次电池的实际容量达到最初容量70％-80％之间时，设定的充电截止电压为3.4V，放电介质电压为2.2V；当回收利用的梯次电池的实际容量达到最初容量60％-70％之间时，设定的充电截止电压为3.4V，放电介质电压为2.3V；当回收利用的梯次电池的实际容量为最初容量60％时，设定的充电截止电压为3.4V，放电介质电压为2.5V。

本发明的有益效果是:本发明在对回收的梯次锂离子电池进行充、放电过程中，通过限制梯次电池的充、放电电压，使得充电截止电压低于标准充电截止电压和/或设定的放电截止电压高于标准放电截止电压。本发明通过限制梯次电池的充、放电电压保证了正负极材料在嵌锂/脱锂过程中的体积膨胀和收缩能够在一定程度上被抑制，产生的应力也能被缓解，使得电极材料不易发生破裂或者从集流体剥离，不仅提高了梯次锂离子电池使用的安全性，还能够提高梯次锂离子电池的循环寿命。

本发明还提供了一种梯次锂离子电池回收利用方法，该方法包括以下步骤：

在对回收的梯次锂离子电池进行充、放电过程中，按照设定的充电截止SOC和放电截止SOC进行控制，其中设定的充电截止SOC低于标准充电截止SOC和/或设定的放电截止SOC高于标准放电截止SOC；所述的标准充电截止SOC和标准放电截止SOC为新电池对应的充电截止SOC和放电截止SOC。

进一步地，所述设定的充电截止SOC和放电截止SOC与回收利用的梯次电池的实际容量占最初容量的比值有关，实际容量占最初容量的比值越低，对应的设定的充电截止SOC越低，设定的放电截止SOC越高。

本发明的有益效果是:本发明在对回收的梯次锂离子电池进行充、放电过程中，通过限制梯次电池的充、放电SOC，使得充电截止SOC低于标准充电截止SOC和/或设定的放电截止SOC高于标准放电截止SOC。本发明通过限制梯次电池的充、放电SOC保证了正负极材料在嵌锂/脱锂过程中的体积膨胀和收缩能够在一定程度上被抑制，产生的应力也能被缓解，使得电极材料不易发生破裂或者从集流体剥离，不仅提高了梯次锂离子电池使用的安全性，还能够提高梯次锂离子电池的循环寿命。

本发明还提供了一种梯次锂离子电池回收利用系统，包括处理器，所述处理器用于执行指令以实现本发明的梯次锂离子电池回收利用方法。

进一步地，所述处理器为BMS系统。

本发明的有益效果是:本发明在对回收的梯次锂离子电池进行充、放电过程中，通过限制梯次电池的充、放电电压，使得充电截止电压低于标准充电截止电压和/或设定的放电截止电压高于标准放电截止电压；或者充电截止SOC低于标准充电截止SOC、设定的放电截止SOC高于标准放电截止SOC。本发明通过限制梯次电池的充、放电电压或者SOC保证了正负极材料在嵌锂/脱锂过程中的体积膨胀和收缩能够在一定程度上被抑制，产生的应力也能被缓解，使得电极材料不易发生破裂或者从集流体剥离，进而能够提高梯次锂离子电池的循环寿命。

附图说明

图1是本发明实施例中的磷酸铁锂电池的充放电曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

梯次锂离子电池回收利用方法实施例1

本发明在对回收的梯次锂离子电池进行充、放电过程中，通过限制梯次电池的充放电电压，使得充电截止电压低于标准充电截止电压和/或设定的放电截止电压高于标准放电截止电压。下面以磷酸铁锂电池为例进行说明。

本发明在对回收的梯次锂离子电池进行充、放电过程中，按照设定的充电截止电压和放电截止电压进行控制，设定的充电截止电压低于标准充电截止电压，设定的放电截止电压高于标准放电截止电压。其中设定的充电截止电压和放电截止电压与回收利用的梯次电池的实际容量占最初容量的比值有关，实际容量占最初容量的比值越低，对应的设定的充电截止电压越低，设定的放电截止电压越高。标准充电截止电压和放电截止电压为新电池对应的充电截止电压和放电截止电压。

磷酸铁锂电池的充放电曲线如图1所示，对于本实施例中的磷酸铁锂电池的单个电芯而言，当回收利用的梯次电池的实际容量达到最初容量90％以上时，设定的充电截止电压为3.6V，放电介质电压为2.0V；当回收利用的梯次电池的实际容量达到最初容量80％-90％之间时，设定的充电截止电压为3.5V，放电介质电压为2.1V；当回收利用的梯次电池的实际容量达到最初容量70％-80％之间时，设定的充电截止电压为3.4V，放电介质电压为2.2V；当回收利用的梯次电池的实际容量达到最初容量60％-70％之间时，设定的充电截止电压为3.4V，放电介质电压为2.3V；当回收利用的梯次电池的实际容量为最初容量60％时，设定的充电截止电压为3.4V，放电介质电压为2.5V。

通过上述过程，本发明能够通过限制梯次电池的充、放电电压，从而保证了正负极材料在嵌锂/脱锂过程中的体积膨胀和收缩能够在一定程度上被抑制，产生的应力也能被缓解，使得电极材料不易发生破裂或者从集流体剥离，不仅提高了梯次锂离子电池使用的安全性，还能够提高梯次锂离子电池的循环寿命。

梯次锂离子电池回收利用方法实施例2

本实施例的梯次锂离子电池回收利用方法，在对回收的梯次锂离子电池进行充、放电过程中，按照设定的实际充电截止SOC和放电截止SOC进行控制，其中设定的充电截止SOC低于标准充电截止SOC和/或设定的放电截止SOC高于标准放电截止SOC。其中标准充电截止SOC和标准放电截止SOC为新电池对应的充电截止SOC和放电截止SOC。例如，对于新的磷酸铁锂电压而言，对应的充电截止SOC为100％，放电截止SOC为0，那么对于梯次回收的磷酸铁锂离子电池而言，设定的充电截止实际SOC可以为95％，设定的放电截止实际SOC可以为10％。设定的充电截止SOC和放电截止SOC与回收利用的梯次电池的实际容量占最初容量的比值有关，实际容量占最初容量的比值越低，对应的设定的充电截止SOC越低，设定的放电截止SOC越高。

梯次锂离子电池回收利用系统实施例

本实施例中的一种梯次锂离子电池回收利用系统，包括存储器、处理器和内部总线，处理器、存储器之间通过内部总线完成相互间的通信和数据交互。存储器包括至少一个存储器能够存储设定的充电截止电压和放电截止电压，处理器通过运行存储在存储器中的软件程序以及模块，执行各种功能应用以及数据处理，实现本发明的方法实施例1、2中介绍的梯次锂离子电池回收利用方法。

也就是说，以上方法实施例中的方法应理解为可由计算机程序指令实现一种烘烤阶段烟叶状态识别方法的流程。可提供这些计算机程序指令到处理器，使得通过处理器执行这些指令产生用于实现上述方法流程所指定的功能。

其中，处理器可以为微处理器MCU、可编程逻辑器件FPGA等处理装置。本实施例中的处理器采用的是电池管理系统BMS，这样就不用增加新的处理设备，利用该电池管理系统能够实现对梯次锂离子电池回收利用。

存储器可为利用电能方式存储信息的各式存储器，例如RAM、ROM等；也可为利用磁能方式存储信息的各式存储器，例如硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘等；还可为利用光学方式存储信息的各式存储器，例如CD、DVD等；当然，还可为其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等。