CN106299523A - 一种锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离装置及分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离装置及分离方法。本发明分离装置包括缸体，缸体的一端连接电机，缸体的上部设有进料口、注液孔、进气孔、出气孔和感应缸体内部气压的压力阀，缸体的内部设有搅拌装置，缸体的下部设有出料口；缸体为多层缸体，最内层缸体与相邻缸体之间分布有加热装置，最外层缸体与相邻缸体之间填充有隔热保温材料。本发明提供的锂离子电池正负极活性物质与集流体分离装置和分离方法，可以最大限度的减少正负极活性物质与集流体分离的复杂程度及步骤，极大地提高了效率；本发明分离过程中不涉及有机溶液及强碱、强酸的使用，清洁无污染，省去了繁琐的多次分离及转移步骤，具有极高的效率。

Description

一种锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离装置及分离 方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池回收循环利用领域，具体涉及一种锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离装置及分离方法。

背景技术

自1991年SONY成功将锂离子电池推向市场以来，锂离子电池由于自身存在的独特的优势，如能量密度高、自放电小、循环寿命长、无记忆效应以及清洁无污染等，受到了广大消费者的青睐。特别是近年来，锂离子电池成功应用于动力电池领域，锂离子电池的生产和消费都达到了空前绝后的规模。

锂离子电池的大量生产和消费，以及锂离子电池不断的更新换代，导致市场每年会退役或淘汰有大量的锂离子废旧电池。而且，随着未来锂离子电池应用领域的不断扩展以及人类面临的环境压力的不断增大，具有清洁无污染优点的锂离子电池生产和消费必定会持续高增长，这进一步使得锂离子电池报废量持续增大。为实现资源的可持续利用，对废旧锂离子电池进行回收利用显得尤为重要。

目前现有的分离正负极活性物质和对应集流体的方法，主要集中在将正负极片破碎后采用极性溶剂浸泡然后进行搅拌和过滤，高温加热后振荡、过筛分离，将正极电极片在碱溶液（如NaOH等）中浸泡溶解铝集流体，以及磁选分离等方法。然而，目前传统的分离方法，流程长、复杂，对设备要求较高，且大部分需要经过电极片或混合溶液的多次转移，分离效率低下。因此，为提高废旧锂离子电池的回收效率，开发一种高效率的分离正负极活性物质与集流体的方法十分必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术，提供一种锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离装置与分离方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离装置，包括缸体，其特征在于，所述缸体的一端连接电机，所述缸体的上部设有进料口、注液孔、进气孔、出气孔和感应缸体内部气压的压力阀，所述缸体的内部设有搅拌装置，所述缸体的下部设有出料口；所述缸体为多层缸体，最内层缸体与相邻缸体之间分布有加热装置，最外层缸体与相邻缸体之间填充有隔热保温材料；还包括超声装置，所述超声装置由伸入缸体内部的超声探头和位于缸体另一端的超声发生器组成。

作为进一步优选，所述缸体内部的搅拌装置是由水平贯穿缸体的搅拌轴以及附着在搅拌轴上的搅拌桨构成的，搅拌轴通过电机驱动。

作为进一步优选，所述缸体下部设有用于支撑缸体的第一支架和第二支架。

作为进一步优选，所述缸体为圆柱体。

本发明还提供一种锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离方法，包括以下步骤：

（1）将锂离子电池放电完全，对电池进行破壳，提取内部电芯并破碎成2-5cm大小的碎片；

（2）将碎片由进料口转移至分离装置中，通过注液孔向分离装置中注入极性溶剂，碎片在极性溶液中浸泡0.5-2h，注入氮气，打开缸体加热装置，温度升至80-120℃时，开启电机、加热装置、搅拌装置、压力阀和超声装置，超声搅拌0.5-2h；

（3）搅拌结束后关闭电机、加热装置、搅拌装置、压力阀和超声装置，打开缸体下部的出料口，过滤得集流体，滤液收集得正负极活性物质。

作为进一步优选，所述锂离子电池包括磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、三元锂离子电池，所述极性溶剂是水与乙醇混合溶剂，水喝乙醇的体积比为2-10:1。

作为进一步优选，所述步骤（2）注入氮气保持缸体内部的压力为1-2个大气压。

作为进一步优选，所述步骤（2）搅拌速率为200-1000r/min。

本发明的有益效果：本发明提供的锂离子电池正负极活性物质与集流体分离装置和分离方法，可以最大限度的减少正负极活性物质与集流体分离的复杂程度及步骤，极大地提高了效率；本发明分离过程中不涉及有机溶液及强碱、强酸的使用，清洁无污染，省去了繁琐的多次分离及转移步骤，具有极高的效率。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图。

图中：1-电机，2-进料口，3-注液孔，4-进气孔，5-出气孔，6-压力阀；7-超声探头，8-搅拌桨，9-搅拌轴，10-缸体，11-第一之间，12-第二支架，13-出料口，14-超声发生器，15-电源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示。一种锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离装置，包括缸体10，缸体10的一端连接电机1，优选变频电机，缸体10的上部设有进料口2、注液孔3、进气孔4、出气孔5和感应缸体10内部气压的压力阀6，缸体10的内部设有搅拌装置，缸体10下部设有出料口13；缸体10为多层缸体，最内层缸体与相邻缸体之间分布有加热装置，最外层缸体与相邻缸体之间填充有隔热保温材料；还包括超声装置，超声装置由伸入缸体10内部的超声探头7和位于缸体10另一端的超声发生器14组成。

缸体10内部的搅拌装置是由水平贯穿缸体10的搅拌轴9以及附着在搅拌轴9上的搅拌桨8构成的，搅拌轴9通过电机1驱动，搅拌轴9由缸体10两端固定。

缸体10下部设有用于支撑缸体10的第一支架11和第二支架12。

缸体10为圆柱体，且内部是粗燥的，可以促进搅拌过程中正负极活性物质与集流体的剥离。

一种锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离方法如下：

步骤a：首先将锂离子电池放电、破壳后取出内部电芯，随后将电芯破碎成2-5cm大小的碎片；

步骤b：将碎片由进料口2转移至本发明分离装置中，同时通过注液孔3向该分离装置中注入极性溶剂，碎片在该极性溶剂中浸泡0.5-2h；

极性溶剂为水和乙醇的混合溶液，且水和乙醇的体积比为2-10:1；

极性溶剂的注入量为缸体体积的0.6-0.80；

步骤c：通过进气孔4向本发明分离装置中注入惰性气体氮气，以保证后续加热搅拌过程中缸体内部的安全性，缸体内部的压力为1-2个大气压；

步骤d：打开电源15，加热装置对缸体10进行加热，待温度上升至80-120℃时，开启电机1、超声装置、压力阀6，搅拌0.5-2h，搅拌速率为200-1000r/min；

加热搅拌过程中，利用缸体内部的压力阀6来感应缸体内部的压力，通过进气孔4和出气孔5来维持缸体内部的压力在1-2个大气压，以达到保护缸体，提高缸体使用寿命的目的；

在维持内部压力稳定的过程中，通过进气孔4，注入惰性气体氮气，通过出气孔5将流出的废气通入废气回收装置中，以保证运行过程中对环境无污染；

步骤e：搅拌结束后，关闭电机1、加热装置的电源15和超声装置，打开缸体10下部的出料口13，混合液进行过滤得集流体，滤液收集得正负极活性物质。

Claims (8)

1.一种锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离装置，包括缸体，其特征在于，所述缸体的一端连接电机，所述缸体的上部设有进料口、注液孔、进气孔、出气孔和感应缸体内部气压的压力阀，所述缸体的内部设有搅拌装置，所述缸体的下部设有出料口；所述缸体为多层缸体，最内层缸体与相邻缸体之间分布有加热装置，最外层缸体与相邻缸体之间填充有隔热保温材料；还包括超声装置，所述超声装置由伸入缸体内部的超声探头和位于缸体另一端的超声发生器组成。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离装置，其特征在于，所述缸体内部的搅拌装置是由水平贯穿缸体的搅拌轴以及附着在搅拌轴上的搅拌桨构成的，搅拌轴通过电机驱动。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离装置，其特征在于，所述缸体下部设有用于支撑缸体的第一支架和第二支架。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离装置，其特征在于，所述缸体为圆柱体。

5.一种锂离子电池正负极活性物质与集流体的分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将锂离子电池放电完全，对电池进行破壳，提取内部电芯并破碎成2-5cm大小的碎片；

（2）将碎片由进料口转移至分离装置中，通过注液孔向分离装置中注入极性溶剂，碎片在极性溶液中浸泡0.5-2h，注入氮气，打开缸体加热装置，温度升至80-120℃时，开启电机、加热装置、搅拌装置、压力阀和超声装置，超声搅拌0.5-2h；

（3）搅拌结束后关闭电机、加热装置、搅拌装置、压力阀和超声装置，打开缸体下部的出料口，过滤得集流体，滤液收集得正负极活性物质。

6.根据权利要求5所述的分离方法，其特征在于，所述锂离子电池包括磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、三元锂离子电池，所述极性溶剂是水与乙醇混合溶剂，水喝乙醇的体积比为2-10:1。

7.根据权利要求5所述的分离方法，其特征在于，所述步骤（2）注入氮气保持缸体内部的压力为1-2个大气压。

8.根据权利要求5所述的分离方法，其特征在于，所述步骤（2）搅拌速率为200-1000r/min。