CN104157924B - 用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂离子电池集流体及其上活性材料的回收处理设备。用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，包括处理槽，处理槽的下部设有刮板式输送带、上部设有活性材料剥离装置；刮板式输送带包括用于水平输送段和向上倾斜设置的倾斜出料段，水平输送段与活性材料剥离装置在上下方向上对应；刮板式输送带的带体上设有用于阻止集流体通过而供剥离后的活性材料通过的网孔，刮板式输送带的下方设有用于收集通过网孔的活性材料的收集仓，收集仓与刮板式输送带上方的空间之间设有隔离结构，收集仓的下部设有排料口。利用上述回收处理装置能够方便地实现锂离子电池的集流体和活性材料的分离及各自的收集，以便实现工业化大规模生产，绿色环保。

Description

用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备

技术领域

本发明涉及用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备。

背景技术

随着锂离子电池的大量应用，报废的锂离子电池也越来越多。锂离子电池的主体部件是电芯，电芯的主体部件是极片，而极片的正负和负极均主要包括集流体和集流体上涂覆的活性材料，集流体和其上活性材料的成本在锂离子电池整体成本中占据了很大比例，因此，对集流体和活性材料的分离、回收具有可观的经济效益和社会效益。目前的回收工艺一般是通过极片破碎、高温熔融将活性材料与集流体融为一体，然后提纯其中的各种金属；或者是通过电池极片破碎、强酸强碱溶解，将集流体和活性材料溶于溶液中，再提取各种金属，其过程主要在高温高热、强酸强碱条件下进行，能耗和成本均较高、且破坏了活性材料成份，不利于活性材料的再生利用。

申请号为201320105291.1，授权公告号为CN203166045U的中国专利公开了一种回收镍氢电池负极片中铜网、镍钴和稀土的设备，该设备包括一个用于盛装物料的回收槽、用作酸浸反应容器的处理槽和用于移动输送回收槽的吊挂葫芦；回收槽的槽底壁和槽侧壁上设有通孔，槽内部设有鼓气喷嘴；处理槽内可以盛装处理液，并且处理槽底部设有排液口、排渣口和鼓气管。使用时，通过吊挂葫芦将回收槽放入处理槽的处理液中，处理液从处理槽槽壁上的通孔进入回收槽内，然后通过鼓气喷嘴向回收槽内鼓气，使固体液体产生相对运动，实现极片中铜网与铜网上活性材料的高效分离；分离后的钴镍溶液和稀土渣能够从回收槽上的通孔排至处理槽中，钴镍容易通过排液口排出，稀土渣积累到一定量后，鼓气管鼓气，使稀土渣从排渣口排出，实现钴镍溶液和稀土渣有效分离。但是，上述设备需要设置单独的回收槽，作业中需要对回收槽进行频繁的转运，操作不便，效率低，安全性差，成本高，并且稀土渣的排出是依靠处理槽底部鼓气管的鼓气实现，结构复杂，因此不利于实现工业化大规模生产，无法适应日益增大的回收需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，能够方便地实现集流体和其上活性材料的分离和收集，从而实现工业化大规模生产。

本发明用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备采用的技术方案是：用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，包括用于盛装处理液的处理槽，所述处理槽内的下部设有刮板式输送带、上部设有用于分离锂离子电池极片的集流体和活性材料的活性材料剥离装置；所述刮板式输送带包括用于在使用时浸入处理液中的水平输送段和向上倾斜设置的倾斜出料段，所述水平输送段与所述活性材料剥离装置在上下方向上对应设置；所述刮板式输送带的带体上设有用于阻止集流体通过而供剥离后的活性材料通过的网孔，所述刮板式输送带的下方设有用于收集通过所述网孔的活性材料的收集仓，所述收集仓与刮板式输送带上方的空间之间设有用于防止集流体进入收集仓的隔离结构，所述收集仓的下部设有排料口。

所述处理槽内于刮板式输送带远离倾斜出料段一端的上方设有进料分散装置，所述进料分散装置包括具有底壁和四周侧壁的分散槽，分散槽的底壁上和远离刮板式输送带的侧壁上分别设有用于朝上和朝向分散槽中喷出水流的底射流口和侧射流口。

所述分散槽沿刮板式输送带宽度方向相对的两侧壁上设有向分散槽内喷出气流的分散槽鼓气喷口。

所述分散槽靠近刮板式输送带的侧壁与分散槽的底壁之间具有设定的夹角且角度可调地装配在底壁上，该侧壁为直板形或上下边沿朝向背离于刮板式输送带的方向弯曲的弧形。

所述分散槽靠近刮板式输送带的侧壁上固定有朝向斜下方延伸至水平输送段上方的柔性软连接片，所述柔性软连接片的下部活动搭接在刮板式输送带上而将分散槽下方的空间与刮板式输送带上方的空间相互隔离。

所述收集仓设置在水平输送段远离倾斜出料段一侧的斜下方，所述处理槽的槽底壁具有与所述水平输送段对应的刮板配合面，所述刮板配合面与所述水平输送段之间设有供刮板式输送带上的刮板通过并推动刮板配合面上沉淀的活性材料的间隔。

所述收集仓设置在水平输送段的正下方，所述收集仓具有供活性材料向排料口滑落的倾斜内侧壁。

所述活性材料剥离装置包括设置在水平输送段的上、下部带体之间的底部鼓气管道或射流管道，还包括设置在水平输送段宽度方向两侧的侧面鼓气管道，所述底部鼓气管道或射流管道上设有相应的用于朝上喷出气流或水流的底部鼓气喷口或底部射流喷口，所述侧面鼓气管道上设有用于朝处理槽内喷出气流的侧面鼓气喷口。

所述收集仓的排料口下方连接有活性材料破碎装置，所述活性材料破碎装置包括圆筒状的破碎仓、转动设置在破碎仓内的转轴和设置在转轴上的破碎叶片，所述破碎仓与收集仓通过狭缝连通，所述破碎仓的轴线与水平面具有设定的夹角且较低的一端设有供粉碎后的活性材料与处理液的混合物排出的出液口。

所述处理槽的槽侧壁具有内层和外层，内层和外层之间形成用于存储处理液的循环水储液室，内层槽侧壁上设有用于连通循环水储液室和处理槽的槽腔的过滤孔。

本发明采用上述技术方案，处理槽内的活性材料剥离装置能够将集流体和其上的活性材料分离开，刮板式输送带上的网孔能够供分离出的活性材料通过并沉淀到水平输送段的下方，由于水平输送段与所述活性材料剥离装置在上下方向上对应设置，因此集流体能够被拦截在水平输送段的上方，并经过倾斜输送段被输送出处理槽；刮板式输送带的下方设有用于收集通过所述网孔的活性材料的收集仓，能够对沉淀下来的活性材料进行收集，所述收集仓的下部设有供活性材料及处理液排出的排料口，能够使混合在处理液中的活性材料排出处理槽，方便了活性材料的后续处理；所述收集仓与刮板式输送带上方的空间之间的隔离结构能够防止集流体进入收集仓而与活性材料混合，实现了活性材料与集流体的分离和各自的收集，与现有技术采用吊挂葫芦相比，本发明中的回收装置不需要进行吊挂作业，依靠刮板式输送带的循环转动即可实现集流体和活性材料的彻底分离，便于实现工业化大规模生产，结构简单，成本低，并且不需要进行高温处理，绿色环保。

附图说明

图1：本发明用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备的实施例一的整体结构示意图；

图2：图1中分散槽的结构示意图；

图3：图1中活性材料破碎装置的结构示意图；

图4：图3的A—A剖视图；

图中各附图标记对应的名称为：1处理槽，2架体，3进料分散装置，31分散槽，32底壁，33后侧壁，34射流管道，35底射流口，36侧射流口，37分散槽鼓气喷口，38柔性连接片，4输送带，41水平输送段，42倾斜出料段，43水平干燥段，44挡板，5漩涡气泵，6风机，71底部鼓气通道，72侧面鼓气通道，73底部鼓气喷口，74侧面鼓气喷口，8收集仓，9活性材料破碎装置，91狭缝，92破碎仓，93转轴，94破碎叶片，95出液口，10喷淋装置，11清水喷淋装置。

图5：本发明用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备的实施例二的整体结构示意图；

图中各附图标记对应的名称为：21收集仓，22倾斜分支管道，23倾斜汇合管道。

具体实施方式

本发明用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备的实施例一如图1~图4所示，包括用于盛装处理液的处理槽1、用于支撑处理槽1的架体2，处理槽1的槽腔为长方体形，槽腔前端设有进料分散装置3，进料分散装置3下方设有活性材料破碎装置9、后方设有刮板式输送带4。该设备还包括用于产生压缩气体的漩涡气泵5、设置在刮板式输送带4末端用于干燥分离出的集流体的上下两组风机6。

刮板式输送带4的带体为封闭的环形带体，宽度与处理槽1的宽度相当，能够避免集流体从刮板式输送带4与处理槽1槽侧壁之间通过。该刮板式输送带4包括水平输送段41、倾斜出料段42和水平干燥段43三段，水平输送段41沿水平方向延伸并在使用时浸没在处理液中，倾斜出料段42是倾斜设置，前端与水平输送段41的后端相连，后端向上倾斜伸出处理槽1，水平干燥段43与倾斜出料段42连接。刮板式输送带4的带体上设有网孔，网孔具有设定的用于阻止集流体通过而供剥离后的活性材料通过的尺寸；处理槽1的槽底壁具有与水平输送段41对应的刮板配合面，水平输送段41下方与刮板配合面之间具有设定的垂直间隔，刮板式输送带4的带体上设有挡板44，用于在转动到垂直间隔中时推动刮板配合面上沉淀的活性材料。

进料分散装置3包括具有底壁32和四周侧壁的分散槽31，前侧壁和宽度方向的两侧壁与处理槽1的相应槽侧壁分别贴合固定，分散槽31的底壁32上和前侧壁上分别设有用于朝上和朝向刮板式输送带4喷出水流而使分散槽31内液体翻滚的底射流口35和侧射流口36，底射流口35和侧射流口36均设置在相应的射流管道34上，并且射流管道34是角度可调地设置，通过调整射流管道34的倾斜角度，就可以对底射流口35和侧射流口36的射流角度进行调整。分散槽31靠近刮板式输送带4的后侧壁33为上下边沿朝向背离于刮板式输送带4的方向弯曲的弧形，其与底壁32具有设定的夹角且夹角可调地转动装配在底壁32上。分散槽31沿刮板式输送带4宽度方向相对的两侧壁上还设有与漩涡气泵5相通的分散槽鼓气喷口37，用于朝向分散槽31内喷出气流。在底射流口35和侧射流口36的作用下，分散槽31内的液体产生紊流，对投入分散槽31的极片进行冲击而使极片分散，分散槽鼓气喷口37能够增强分散效果，并推动极片向后端运动。在其他实施例中，分散槽鼓气喷口37也可以采用喷射水流的射流口代替，也可以不设置分散槽鼓气喷口37，仅依靠底射流口35和侧射流口36对极片进行分散。分散槽31靠近刮板式输送带4的侧壁上固定有朝向斜下方延伸至水平输送段41上方的柔性连接片38，柔性连接片38是由材质柔软且耐腐蚀性好的橡胶制成，其下部活动搭接在水平输送段41上，保持分散槽31下部的空间与刮板式输送带4上方的空间相互隔离，避免处理槽1内的集流体进入到分散槽31下部的空间。当然，在其他实施例中，柔性连接片38也可以采用其他材料，例如能够产生一定挠性变形的塑料或不锈钢片，而分散槽31靠近刮板式输送带4的后侧壁33也可以设置成直板形，其口沿设置成背离于刮板式输送带4的方向可以改变水流方向，使水流成S形，以实现物料更好的分散；并且，收集仓与与刮板式输送带4上方的空间也可以采用其他方式进行隔离，例如在与分散槽31的槽底壁对应的位置设置相应的隔板。

处理槽1内于水平输送段41远离倾斜出料段42一端的斜下方设有用于容纳活性材料的收集仓8，刮板式输送带4转动时，其刮板能够推动处理槽1底壁上沉淀的活性材料进入到收集仓8内。分散槽31的底壁32和柔性连接片38构成用于防止刮板式输送带4上方的集流体进入收集仓8的隔离结构，使得收集仓8与刮板式输送带4上方的槽腔之间仅可供活性材料和处理液通过。收集仓8为上口大、下口小的锥形，便于活性材料排出，其下方设有活性材料破碎装置9，活性材料破碎装置9包括圆筒状的破碎仓92、转动设置在破碎仓92内的转轴93，所述破碎仓92与收集仓8通过狭缝91连通，所述转轴93的轴线与水平面具有设定的夹角且较低的一端设有出液口95，通过破碎叶片94的作用，收集仓8内的活性材料能够被破碎至设定尺寸，然后再由出液口95排出。

处理槽1侧面四周的槽侧壁均具有内层和外层，内层和外层之间形成用于存储处理液的循环水储液室，内层槽侧壁上设有用于连通循环水储液室和处理槽1的槽腔的过滤孔，能够对集流体和大块的活性材料进行过滤。处理槽1内设有活性材料剥离装置，该活性材料剥离装置包括设置在水平输送段41的上、下部带体之间的底部鼓气管道71、设置在水平输送段41宽度方向两侧的侧面鼓气管道72，所述底部鼓气管道71上和侧面鼓气管道72上分别设有与水平输送段41对应的一排底部鼓气喷口73和侧面鼓气喷口74，底部鼓气喷口73和侧面鼓气喷口74均与漩涡气泵5相通，分别用于朝上和朝处理槽内喷出气流，以使处理液产生紊流而翻滚，对集流体上的活性材料进行冲刷，并且在处理液中形成大量气泡，气泡破裂时，能够产生冲击，同样能够使活性材料从集流体上剥离。需要说明，在其他实施例中，底部鼓气管道71也可以采用能够喷射水流的射流管道的形式，利用水流使推动极片向上运动。

处理槽1顶部槽口与底部鼓气管道71上下对应的位置设有喷淋装置10，用于向处理槽1内喷淋液体以消除处理液表面的气泡并增加洗涤液紊流效果。倾斜出料段42的上方还设有用于清洗集流体的清水喷淋装置11，能够对集流体进行清洗。为了防止活性材料与集流体分离过程中的电解液挥发物、处理槽1内溶剂挥发物污染工作环境，在处理槽1槽口的上方可以设置密封罩体，并在密封罩体上安装风机以实现气体收集和排放。

风机6构成集流体干燥装置，集流体从水平干燥段42经过时，风机6能够直接将集流体吹干。

使用上述回收装置回收锂离子电池极片时，以采用铝为正极集流体、磷酸铁锂为正极活性材料、LA123为粘结剂的报废锂离子电池正极极片为例，首先在处理槽1中注入自来水作为处理液，使处理液的液面高出水平输送段41的顶面，然后将批量的正极极片投入分散槽31内，底射流口35和侧射流口36喷出水流，同时分散槽鼓气喷口37喷出气流，使分散槽31内的液体翻滚，将投入分散槽31的多片极片充分地分散开，以便后续处理时各极片的活性材料能够充分暴露在处理液中。由于射流水的大量快速涌入，分散槽31的水位高于处理槽1的水位，极片依靠水位差以离散状态进入处理槽1内。接着，处理槽1内的底部鼓气喷口73和侧面鼓气喷口74喷出气流，在处理液中形成大量气泡，使处理槽1中的处理液和极片处于翻滚状态，处理液的剪切力与气泡的冲击力使极片上的活性材料从集流体上剥离，剥离后的活性材料在处理液中依靠自身重力通过刮板式输送带4的网孔沉淀至刮板式输送带4的下方。在刮板式输送带4运行过程中，转动到上部的挡板44推动处理液中集流体并将集流体依次通过倾斜出料段42和水平干燥段43输出，集流体在倾斜出料段42能够在清水喷淋装置11作用下清洗掉残留物，然后通过风机6进行干燥后排出；转动到下部的挡板44将沉淀至底部的活性材料推动收集至处理槽1前端的收集仓8中，然后随处理液通过狭缝91进入到活性材料破碎装置9内，经过破碎后随处理液被输出。为保证集流体上的活性材料能够被充分剥离并兼顾处理效率，可以对输送带的输送速度进行调节，改变极片从处理槽的投料端运动到出料端的时间，同时也就能够改变活性材料的处理时间。

本发明用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备的实施例二如图5所示，与实施例一不同的是：本实施中，收集仓21设置在水平输送段的正下方，并且设有并排的两个，从而与整个水平输送段对应，两个收集仓21均具有供活性材料向排料口滑落的倾斜内侧壁；另外，本实施例中活性材料破碎装置与处理槽是分开设置，并通过两根倾斜分支管道22和一根倾斜汇合管道23与收集仓的排料口相通。该活性材料破碎装置与实施例一中的活性材料破碎装置的破碎原理上相同，均是利用转轴带动破碎叶片对以混合液形式进入破碎仓内的活性材料进行破碎，但是，该破碎仓的体积较大，其转轴是竖直设置，出液口设置在破碎仓下端，并同样通过管道和隔膜泵与刮刀卸料离心机连接。工作时，从刮板式输送带的网孔通过的活性材料能够直接进入收集仓内，并在自身重力的作用下沿倾斜内侧壁滑落到排料口，然后活性材料混合液通过倾斜分支管道和倾斜汇合管道进入活性材料破碎装置被破碎，再经活性材料破碎装置的出料口排出。

在上述实施例中，活性材料剥离装置采用的鼓气方式，处理槽1中还设有由分散槽31和射流口构成的进料分散装置3，并且收集仓8与刮板式输送带4上方的空间之间的隔离结构是由分散槽31的槽底壁和柔性连接片38构成。在其他实施例中，活性材料剥离装置也可以采用其他方式，例如超声波震荡或者机械搅拌，而进料分散装置3是非必须结构，在其他实施例中也可以省去或者替换成其他结构的分散装置，例如在将极片投入处理液中之间利用人工或搅拌装置等先行进行分散，然后直接投入活性材料剥离装置即可。并且，收集仓8与刮板式输送带4上方的空间之间的隔离结构也可以替换成其他结构，例如在收集仓8上方设置一块横向隔板，使横向隔板的后侧边沿搭接在水平输送段41前端的上方而其他边沿贴紧处理槽1的槽壁，同样能够阻止集流体进入收集仓8。另外，根据极片所使用的粘结剂和活性材料的成分，处理液也可以采用自来水、蒸馏水、去离子水、乙醇、N-甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜及四氢呋喃等溶剂的一种或几种，这是本领域技术人员的常规选择。

Claims (10)

1.用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，包括用于盛装处理液的处理槽，其特征在于：所述处理槽内的下部设有刮板式输送带、上部设有用于分离锂离子电池极片的集流体和活性材料的活性材料剥离装置；所述刮板式输送带包括用于在使用时浸入处理液中的水平输送段和向上倾斜设置的倾斜出料段，所述水平输送段与所述活性材料剥离装置在上下方向上对应设置；所述刮板式输送带的带体上设有用于阻止集流体通过而供剥离后的活性材料通过的网孔，所述刮板式输送带的下方设有用于收集通过所述网孔的活性材料的收集仓，所述收集仓与刮板式输送带上方的空间之间设有用于防止集流体进入收集仓的隔离结构，所述收集仓的下部设有排料口。

2.根据权利要求1所述的用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，其特征在于：所述处理槽内于刮板式输送带远离倾斜出料段一端的上方设有进料分散装置，所述进料分散装置包括具有底壁和四周侧壁的分散槽，分散槽的底壁上和远离刮板式输送带的侧壁上分别设有用于朝上和朝向分散槽中喷出水流的底射流口和侧射流口。

3.根据权利要求2所述的用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，其特征在于：所述分散槽沿刮板式输送带宽度方向相对的两侧壁上设有向分散槽内喷出气流的分散槽鼓气喷口。

4.根据权利要求2所述的用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，其特征在于：所述分散槽靠近刮板式输送带的侧壁与分散槽的底壁之间具有设定的夹角且角度可调地装配在底壁上，该侧壁为直板形或上下边沿朝向背离于刮板式输送带的方向弯曲的弧形。

5.根据权利要求2所述的用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，其特征在于：所述分散槽靠近刮板式输送带的侧壁上固定有朝向斜下方延伸至水平输送段上方的柔性软连接片，所述柔性软连接片的下部活动搭接在刮板式输送带上而将分散槽下方的空间与刮板式输送带上方的空间相互隔离。

6.根据权利要求1—5中的任意一项所述的用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，其特征在于：所述收集仓设置在水平输送段远离倾斜出料段一侧的斜下方，所述处理槽的槽底壁具有与所述水平输送段对应的刮板配合面，所述刮板配合面与所述水平输送段之间设有供刮板式输送带上的刮板通过并推动刮板配合面上沉淀的活性材料的间隔。

7.根据权利要求1—5中的任意一项所述的用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，其特征在于：所述收集仓设置在水平输送段的正下方，所述收集仓具有供活性材料向排料口滑落的倾斜内侧壁。

8.根据权利要求1—5中的任意一项所述的用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，其特征在于：所述活性材料剥离装置包括设置在水平输送段的上、下部带体之间的底部鼓气管道或射流管道，还包括设置在水平输送段宽度方向两侧的侧面鼓气管道，所述底部鼓气管道或射流管道上设有相应的用于朝上喷出气流或水流的底部鼓气喷口或底部射流喷口，所述侧面鼓气管道上设有用于朝处理槽内喷出气流的侧面鼓气喷口。

9.根据权利要求1—5中的任意一项所述的用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，其特征在于：所述收集仓的排料口下方连接有活性材料破碎装置，所述活性材料破碎装置包括圆筒状的破碎仓、转动设置在破碎仓内的转轴和设置在转轴上的破碎叶片，所述破碎仓与收集仓通过狭缝连通，所述破碎仓的轴线与水平面具有设定的夹角且较低的一端设有供粉碎后的活性材料与处理液的混合物排出的出液口。

10.根据权利要求1—5中的任意一项所述的用于分离锂离子电池集流体和其上活性材料的设备，其特征在于：所述处理槽的槽侧壁具有内层和外层，内层和外层之间形成用于存储处理液的循环水储液室，内层槽侧壁上设有用于连通循环水储液室和处理槽的槽腔的过滤孔。