CN106025422B - 一种锂离子电池废弃极片回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池废弃极片回收装置。包括鼓风式粉碎机、与鼓风式粉碎机相连的转窑式加热炉、分别与转窑式加热炉相连的填料吸收塔及转窑式冷却管、与转窑式冷却管相连的研磨机、与研磨机相连的振动筛，所述的鼓风式粉碎机用于粉碎极片并排出热解气体，所述的转窑式加热炉用于对极片进行高温处理，所述的填料吸收塔用于吸收热解气体，所述的转窑式冷却管用于冷却极片，所述的研磨机用于研磨冷却后的极片，使极片上的集流体和活性材料相分离，所述的振动筛用于筛分集流体和活性材料。由上述技术方案可知，本发明通过物理方式实现了锂离子电池生产中废弃正负极片连续高效的回收，不仅能确保回收物料的纯度，而且效率高、污染小。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池废弃极片回收装置。
背景技术
锂离子电池以其能量密度高、重量轻、使用寿命长、自放电率低且无记忆效应等优点而被广泛应用在移动通讯、笔记本电脑、电动自行车、电动汽车等领域。锂离子电池的主要部分是正、负极片，极片是由集流体和涂覆在其上的活性材料通过粘结剂黏合而成的，其中正极片上的活性材料一般为锂的化合物，如钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等，集流体通常为铝箔，负极片上的活性材料多为石墨，集流体通常为铜箔。
锂离子电池在生产过程中，涂布、制片、卷绕等环节会产生10%～20%左右的不良品，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很大比例，如不加以回收利用，会造成较大的材料浪费，而且钴、镍、锰、锂等离子易渗透造成土壤和水资源污染。因此，对锂离子电池废弃极片进行有效回收具有可观的经济效益和社会效益，可大大提高材料的利用率，降低生产成本，减少环境污染。
为了使集流体和涂覆在其上的活性材料相互分离，目前主要采用以下两种方法：一种是使用有机溶剂将粘结剂溶解，再以物理方法分离；另一种是采用热处理，利用高温将粘结剂热解或焚烧，再以物理方法分离。采用有机溶剂溶解粘结剂的方法成本较高，不利于广泛推广；热处理的成本最低，但该方法仍然存在集流体易熔结甚至燃烧、粘结剂热解或焚烧不完全产生的气体污染环境等问题。因此，非常需要一种能够低成本运行、极片回收率高且对环境污染小的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池废弃极片回收装置，该回收装置能够对锂离子电池生产过程中产生的废弃正负极片进行连续回收，且可有效避免集流体的熔结，回收率高，环境污染小。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括鼓风式粉碎机、与鼓风式粉碎机相连的转窑式加热炉、分别与转窑式加热炉相连的填料吸收塔及转窑式冷却管、与转窑式冷却管相连的研磨机、与研磨机相连的振动筛，所述的鼓风式粉碎机用于粉碎极片并排出热解气体，所述的转窑式加热炉用于对极片进行高温处理，所述的填料吸收塔用于吸收热解气体，所述的转窑式冷却管用于冷却极片，所述的研磨机用于研磨冷却后的极片，使极片上的集流体和活性材料相分离，所述的振动筛用于筛分集流体和活性材料；
所述的转窑式冷却管贯穿设置在超声波冷水池中，且转窑式冷却管的两端分别悬伸于超声波冷水池外，所述的超声波冷水池为极片提供冷却环境。
所述的鼓风式粉碎机与转窑式加热炉之间设有连接两者的第一连接管，所述的第一连接管为直管，所述的转窑式加热炉与转窑式冷却管之间设有连接两者的第二连接管，所述的第二连接管为弯管，所述的第二连接管上旁通有与填料吸收塔相连的排气管。
所述第一连接管的一端与鼓风式粉碎机固定相连，第一连接管的另一端通过第一轴承与转窑式加热炉相连，转窑式加热炉的另一端与第二连接管通过第二轴承相连，第二连接管的另一端通过第三轴承与转窑式冷却管相连，当回收装置处在工作状态时，第一连接管与第二连接管处于固定状态，所述的转窑式加热炉与转窑式冷却管处于绕自身中心轴线旋转的状态。
所述的转窑式冷却管与转窑式加热炉均为柱状空腔结构，所述的转窑式冷却管与转窑式加热炉的内壁上分别设有螺旋状布置的第一料槽与第二料槽，所述的第一料槽与第二料槽的旋向与转窑式冷却管及转窑式加热炉的旋转方向相同。
所述的转窑式加热炉的外壁由内向外套设有套管及隔热层，所述的套管与隔热层之间设有电阻丝，所述的套管套设在转窑式加热炉上，所述的电阻丝缠绕在套管的外壁上，且电阻丝被隔热层包裹。
所述研磨机的入口位于转窑式冷却管出口的正下方，所述的振动筛位于研磨机出口的正下方。
由上述技术方案可知，本发明通过物理方式实现了锂离子电池生产中废弃正负极片连续高效的回收，不仅能确保回收物料的纯度，而且效率高、污染小，即使在长期使用后仍具有良好的性能表现，从而大大降低了生产成本，提高了电池制造企业的竞争力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明转窑式加热炉的立体结构示意图；
图3是图1中A部的内部结构示意图；
图4是图1中B部的内部结构示意图；
图5是本发明的回收流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示的一种锂离子电池废弃极片回收装置，包括鼓风式粉碎机1、与鼓风式粉碎机1相连的转窑式加热炉2、分别与转窑式加热炉2相连的填料吸收塔3及转窑式冷却管4、与转窑式冷却管4相连的研磨机5、与研磨机5相连的振动筛6，鼓风式粉碎机1用于粉碎极片并排出热解气体，转窑式加热炉2用于对极片进行高温处理，填料吸收塔3用于吸收热解气体，转窑式冷却管4用于冷却极片，研磨机5用于研磨冷却后的极片，并使极片上的集流体和活性材料相分离，振动筛6用于筛分集流体和活性材料。
进一步的，转窑式冷却管4贯穿设置在超声波冷水池7中，且转窑式冷却管4的两端分别悬伸于超声波冷水池7外，超声波冷水池7为极片提供冷却环境。优选的，转窑式冷却管4斜向贯穿于超声波冷水池7中，转窑式冷却管的斜向设置可以增加冷却距离，使极片的冷却效果更好，再加上超声波冷水池中超声波的震荡，可实现集流体与活性材料的分离。
进一步的，鼓风式粉碎机1与转窑式加热炉2之间设有连接两者的第一连接管8，第一连接管8为直管，转窑式加热炉2与转窑式冷却管4之间设有连接两者的第二连接管9，第二连接管9为弯管，第二连接管9上旁通有与填料吸收塔3相连的排气管10。
进一步的，如图4所示，第一连接管8的一端与鼓风式粉碎机1固定相连，第一连接管8的另一端通过第一轴承11与转窑式加热炉2相连，转窑式加热炉2的另一端与第二连接管9通过第二轴承12相连，第二连接管9的另一端通过第三轴承13与转窑式冷却管4相连，当回收装置处在工作状态时，第一连接管8与第二连接管9处于固定状态，转窑式加热炉2与转窑式冷却管4处于绕自身中心轴线旋转的状态。
进一步的，转窑式冷却管4与转窑式加热炉2均为柱状空腔结构，转窑式冷却管4与转窑式加热炉2的内壁上分别设有螺旋状布置的第一料槽41与第二料槽21，第一料槽41与第二料槽21的旋向与转窑式冷却管4及转窑式加热炉2的旋转方向相同。
进一步的，如图2、图3转窑式加热炉2的外壁由内向外套设有套管22及隔热层23，套管22与隔热层23之间设有电阻丝24，套管22套设在转窑式加热炉2上，电阻丝24缠绕在套管22的外壁上，且电阻丝24被隔热层23包裹。具体地说，也就是转窑式加热炉2主要是由柱状空腔结构的炉管25、套管22、电阻丝24及隔热层23组成，第二料槽21设置在炉管25的内壁上，炉管25嵌套在套管22中，电阻丝24缠绕在套管22的外壁上并被隔热层23包裹。炉管25通过第一轴承11与第一连接管8相连，第一轴承11包括轴承外圈11a、轴承内圈11b和轴承滚子11c组成，其中，轴承外圈11a与第一连接管8形成过盈配合，轴承内圈11b与炉管25形成过盈配合，轴承滚子11c夹在轴承外圈11a与轴承内圈11b之间。
进一步的，研磨机5的入口位于转窑式冷却管4出口的正下方，振动筛6位于研磨机5出口的正下方。
本发明的回收流程如下：
本发明的回收流程主要分为粉碎、高温处理、冷却、处理废气、研磨、筛料环节。首先通过鼓风式粉碎机将回收的废弃极片进行粉碎，再利用转窑式加热炉进行高温处理，产生的物料流入斜向贯穿超声波冷水池的转窑式冷却管，废气则通过填料吸收塔进行处理，冷却后的物料进入研磨机，最终通过振动筛进行筛料，分类回收。
本发明具体的工作过程如下：
开始操作时，转窑式加热炉及转窑式冷却管均绕自身中心轴线旋转，第一连接管及第二连接管保持固定；锂离子电池生产过程中产生的废弃正极片或者负极片，经鼓风式粉碎机粉碎后流入转窑式加热炉，电阻丝加热套管使得转窑式加热炉保持一定的温度，同时由于第二料槽的旋向与转窑式加热炉的旋转方向相同，所以落入第二料槽中的极片随转窑式加热炉的旋转而逐渐向转窑式加热炉的末端移动，极片上的粘结剂在转窑式加热炉中完成热解，使得集流体与活性材料间的接触变得松散，热解后的产生的废气被鼓风式粉碎机吹入第二连接管，并通过排气管进入填料吸收塔；移动到转窑式加热炉出品端的极片，经第二连接管流入转窑式冷却管中，并随转窑式冷却管的旋转而向其末端移动，极片在转窑式冷却管中完成冷却，使集流体与活性材料进一步分离；完成冷却后的极片流入研磨机，进一步分离集流体与活性材料，且研磨后减小了颗粒尺寸；最后利用振动筛对物料进行筛选，将活性材料与集流体分开，并分类回收。
本发明的工作原理如下：
极片在转窑式加热炉中加热时，能够使极片受热更加均匀，避免集流体的熔结，可促使粘结剂更充分的热解；极片由热环境迅速进入冷环境后，由原先的热胀状态转为冷缩状态，由于集流体和活性材料涂层的收缩系数不同，巨大的温差将使二者之间产生间隙；转窑式冷却管可为极片提供均匀的冷却环境，再加上超声波冷水池中超声波的震荡，可实现集流体与活性材料的分离；研磨机可研细颗粒尺寸，也能进一步使活性材料从集流体上剥离；最后由振动筛筛选物料，分类回收。
本发明的有益效果在于：1）本发明能够实现对锂离子废弃正负极片的连续高效回收，且流程简洁、效率高；2）本发明仅通过物理方式实现分离，不仅能确保回收物料的纯度，而且成本低；3）本发明粘结剂热解后产生的气体得到了有效处理，环境污染小；4）本发明在长期使用后仍具有良好的性能表现，从而大大降低了生产成本，提高了电池制造企业的竞争力；5）本发明具有良好的操作性，且安全性能高。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种锂离子电池废弃极片回收装置，其特征在于：包括鼓风式粉碎机（1）、与鼓风式粉碎机（1）相连的转窑式加热炉（2）、分别与转窑式加热炉（2）相连的填料吸收塔（3）及转窑式冷却管（4）、与转窑式冷却管（4）相连的研磨机（5）、与研磨机（5）相连的振动筛（6），所述的鼓风式粉碎机（1）用于粉碎极片并排出热解气体，所述的转窑式加热炉（2）用于对极片进行高温处理，所述的填料吸收塔（3）用于吸收热解气体，所述的转窑式冷却管（4）用于冷却极片，所述的研磨机（5）用于研磨冷却后的极片，并使极片上的集流体和活性材料相分离，所述的振动筛（6）用于筛分集流体和活性材料；
所述的转窑式冷却管（4）贯穿设置在超声波冷水池（7）中，且转窑式冷却管（4）的两端分别悬伸于超声波冷水池（7）外，所述的超声波冷水池（7）为极片提供冷却环境。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池废弃极片回收装置，其特征在于：所述的鼓风式粉碎机（1）与转窑式加热炉（2）之间设有连接两者的第一连接管（8），所述的第一连接管（8）为直管，所述的转窑式加热炉（2）与转窑式冷却管（4）之间设有连接两者的第二连接管（9），所述的第二连接管（9）为弯管，所述的第二连接管（9）上旁通有与填料吸收塔（3）相连的排气管（10）。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池废弃极片回收装置，其特征在于：所述第一连接管（8）的一端与鼓风式粉碎机（1）固定相连，第一连接管（8）的另一端通过第一轴承（11）与转窑式加热炉（2）相连，转窑式加热炉（2）的另一端与第二连接管（9）通过第二轴承（12）相连，第二连接管（9）的另一端通过第三轴承（13）与转窑式冷却管（4）相连，当回收装置处在工作状态时，第一连接管（8）与第二连接管（9）处于固定状态，所述的转窑式加热炉（2）与转窑式冷却管（4）处于绕自身中心轴线旋转的状态。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池废弃极片回收装置，其特征在于：所述的转窑式冷却管（4）与转窑式加热炉（2）均为柱状空腔结构，所述的转窑式冷却管（4）与转窑式加热炉（2）的内壁上分别设有螺旋状布置的第一料槽（41）与第二料槽（21），所述的第一料槽（41）与第二料槽（21）的旋向与转窑式冷却管（4）及转窑式加热炉（2）的旋转方向相同。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池废弃极片回收装置，其特征在于：所述的转窑式加热炉（2）的外壁由内向外套设有套管（22）及隔热层（23），所述的套管（22）与隔热层（23）之间设有电阻丝（24），所述的套管（22）套设在转窑式加热炉（2）上，所述的电阻丝（24）缠绕在套管（22）的外壁上，且电阻丝（24）被隔热层（23）包裹。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池废弃极片回收装置，其特征在于：所述研磨机（5）的入口位于转窑式冷却管（4）出口的正下方，所述的振动筛（6）位于研磨机（5）出口的正下方。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池废弃极片回收装置，其特征在于：所述的转窑式冷却管（4）斜向贯穿于超声波冷水池（7）中。
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