基于激光辐照法的电动汽车锂离子电池再制造的机理研究

With the increasing use of the EV (Electric Vehicle), a great quantity of lithium-ion batteries not only severely contaminate the environment, but lead to great waste of natural resources and energy. Therefore, an innovative method of remanufacturing the EV lithium-ion battery based on laser irradiation method is proposed in this project, aiming to eliminate environment pollution and improve the resource utilization. With the study on waste EV lithium-ion battery, a thorough research on the removal mechanisms and the behaviour of solid electrolyte interface (SEI) layer on the electrode surfaces in the thermally, mechanically, optically and chemicaly coupled field during the laser irradiation. The remanufacturing mechanism of used EV lithium-ion battery will be illustrated and the laser irradiation remanufacturing process will be optimized based on laser irradiation method. The study results provide supports on theories and methods of EV lithium-ion battery recycling with high value and high efficiency, which also has great significance in environmental conservtion, resource cyclic utilization, cost reduction and life extension of EV lithium-ion battery.

随着电动汽车的广泛使用，大量废旧锂离子电池的产生不仅严重污染了环境，而且造成能源和资源的巨大浪费。为此，本项目提出了基于激光辐照清洗法的车用锂离子电池再制造的新方法，旨在提高资源利用率，减少环境污染。本项目以废旧锂离子电池电极为主要研究对象，利用激光辐照清洗技术，深入研究废旧锂离子电池的电极表面SEI膜在脉冲激光辐照过程中的热、力、光及化学耦合场作用下的键离行为及机理，阐明基于激光辐照法的车用锂离子电池再制造的机理，并优化车用锂离子电池的激光辐照再制造工艺。本项目研究成果为实现废旧车用锂离子电池的高值高效循环使用提供理论与方法基础，对环保、资源的循环利用、以及降低锂离子电池的成本和提高其使用寿命，都具有重大意义。

针对繁华的新能源车市下，动力电池市场需求不断攀升，大量废旧锂离子电池的产生不仅严重污染了环境，而且造成能源和资源的巨大浪费。近些年来，再制造技术的兴起，为解决这些问题提供了全新的方案。本项目基于激光辐照技术，主要开展了废旧锂离子电池的电极表面SEI膜在脉冲激光辐照过程中的热力学及光化学作用下的键离机理，并制定激光辐照再制造工艺。. 总结了锂离子电池单体的失效机理；针对现有的锂离子电池再制造方法中存在的再制造品质控制难、环境污染严重、操作安全性差和成本过高等问题，通过实验研究分析锂离子电池单体的再制造最佳时间；提出一种基于脉冲激光清洗技术的锂离子电池电极的再制造修复方案，并搭建了相应的实验平台；从脉冲激光与电极表面SEI膜的作用过程中存在的物理和化学现象出发，建立了烧蚀效应、热力学效应和光化学效应的理论模型，并求出脉冲激光作用下电极片表面的SEI膜的脱离应力的表达式；通过实验，并应用场发射显微镜、傅里叶红外光谱和电子探针、X射线光电子能谱分析、X射线衍射对清洗前后的电极片的表面形貌及元素成分进行分析验证，研究分析确定了给定实验条件下电极再制造的优化工艺参数；从理论上对清洗过后的电极片的再制造性能进行了预测，并通过实验对再制造电极片的电化学性能进行了验证。. 通过项目研究，已发表学术论文7篇、已录用论文1篇、《中国科技论文在线》发表相关论文2篇，学位论文2篇：其中SCI/EI论文4篇、ISTP论文1篇；受理国家发明专利1项；培养研究生7名（其中已毕业硕士生2名）。该项目的研究为废旧锂离子电池回收再利用提供关键的解决途径，对于开发新型环保、高效、节能的锂离子电池再制造技术具有重要的研究价值和应用价值。