CN108461850B - 一种蒸汽处理电池的方法、装置及回收电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸汽处理电池的方法、装置及回收电池的方法，属于锂离子电池回收技术领域。本发明的蒸汽处理废弃锂离子电池的方法，主要包括抽真空、蒸汽浸渍并保压和排出蒸汽、恢复至常温常压等步骤，该处理方法降低了生产成本，减少了化学物质的应用，减少了环境污染同时避免了浸泡导致粉碎后的物料分选难度增大的问题。还涉及蒸汽处理锂离子电池的装置，该装置布局合理，使用方便，可以快速实现蒸汽处理离锂离子电池。还涉及回收锂离子电池的方法，该方法可以在空气中直接对锂离子电池进行回收操作，不需要惰性气体保护，提高了生产效率。

Description

一种蒸汽处理电池的方法、装置及回收电池的方法

技术领域

本发明涉及一种蒸汽处理电池的方法、装置及回收电池的方法，属于锂离子电池回收技术领域。

背景技术

自2014年以来，锂离子动力电池作为新能源被广泛的应用到各种领域，如电动汽车，电动摩托车等领域，而锂离子电池具有一定的使用寿命，可以预见，将来会有大量的废旧锂离子动力电池产生。锂离子动力电池体积较大，其在使用过程中负极会析出金属锂，导致报废的锂离子动力电池中含有大量的余锂和电解液，而金属锂属于化学性质相当活泼的碱金属，如果回收时处理不当，余锂在回收过程可能导致有发生明火的安全隐患。

目前，针对锂离子电池负极中析出的锂，无法通过正常的物理放电消除，只能通过化学反应才能实现余锂的彻底反应，申请号CN 103427096 A公开了将电池去壳后，把电芯在烧碱和氯化钠混合液浸泡5～15天，去除余锂。但该方法需要大量的烧碱和氯化钠，造成生产成本提高，处理余锂过程时间长，时间成本较高，另外水溶液对电芯进行浸泡会导致粉碎后的物料分选难度增大，同时碱液的使用会导致铝箔的溶解和正极材料的脱落。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明的第一个目的在于提供一种蒸汽处理锂离子电池的方法，该方法仅需要蒸汽即可去除电池中的余锂，降低余锂在回收过程中发生明火的安全隐患。

本发明的第二个目的在于提供一种用于蒸汽处理锂离子电池的装置，该装置结构简单，适于工业应用。

本发明的第三个目的在于提供一种废弃锂离子电池的回收方法，该方法可以在非惰性气体保护下直接处理废弃锂离子电池，降低了生产成本，提高了生产效率。

本发明中的“蒸汽”就是“水蒸气”，所表述的意义完全相同，可以相互取代，下文中将不再进行区分，可以同时出现“蒸汽”或“水蒸气”。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供的一种蒸汽处理锂离子电池的方法，包括以下步骤：

(1)把非密封的锂离子电池置入蒸汽浸渍容器内，密封蒸汽浸渍容器，抽真空使蒸汽浸渍容器内压力小于或等于外界压力；

(2)向蒸汽浸渍容器内通入蒸汽，保持蒸汽浸渍容器内部的温度和压力；

(3)排出蒸汽，使蒸汽浸渍容器内恢复至常压；

所述的蒸汽处理锂离子电池的方法主要用于废弃锂离子电池的处理，具体为非密封的废弃锂离子电池，所述“非密封”的含义是废弃锂离子电池具有或者开有与外界大气相连通的“通道”，所述的“非密封锂离子电池”包括开口的锂离子电池，打开安全阀的锂离子电池或去掉电池壳的锂离子电池等。所述步骤(1)蒸汽浸渍容器内的压力可以等于外界压力或者用真空泵抽出蒸汽浸渍容器内部的空气使真空浸渍箱内的压力小于外界的压力，其目的是便于通入蒸汽，其次，步骤1)抽真空还可以除去部分容器浸渍容器内的部分空气，降低浸渍容器内的氧气含量，避免余锂与水反应产生的氢气与空气中的氧气形成的混合气体在氢气的爆炸极限范围内，从而降低发生爆炸可能性。步骤(1)优选的条件为所述的蒸汽浸渍容器内压力的真空度为0～-0.095Mpa。

所述步骤(2)通入蒸汽的目的是使废弃电池中的余锂与蒸汽反应，用蒸汽与余锂反应具有以下优点：(1)、蒸汽与余锂反应温和，反应过程容易控制，不容易发生事故；(2)、蒸汽与有机溶剂相比，价格便宜，可以降低生产成本；(3)蒸汽本身不具有可燃性，可以减少发生明火的可能性；鉴于以上优点，本发明步骤(2)通入蒸汽使蒸汽浸渍容器内的压力优选为0.1Mpa～22Mpa。为了使蒸汽与废弃锂离子电池中的余锂充分反应，需要保压一段时间，本发明步骤(2)保压时间优选为5min～24h。

所述步骤(2)的蒸汽的温度为101～373℃，把蒸汽的温度设置在这个范围，可以防止蒸汽凝结形成液态水，浸渍锂离子电池，对锂离子电池的回收造成困难。

蒸汽与废弃电池中的余锂充分反应后，需要除去蒸汽并恢复至常压以便进行接下来的回收工艺，所述步骤(3)排出蒸汽，使蒸汽浸渍容器恢复至常压的具体方式为利用压力差自然排出蒸汽使蒸汽浸渍容器内压力降至常压。

为了提高步骤(3)排出蒸汽的效率，所述步骤(3)排出蒸汽，使蒸汽浸渍容器恢复至常压的具体方式还可以优选为：采用自动泄压后，抽真空排蒸汽，然后泄负压至恢复常压。若蒸汽浸渍容器内的压力等于或十分接近接近大气压时，浸渍罐体内的蒸汽通过气体交换排出或自然冷却冷凝为液态水。进一步优选为：采用抽真空排出蒸汽后自然泄负压使蒸汽浸渍容器恢复至常压。

所述步骤(3)抽真空后蒸汽浸渍容器内的真空度不易过大，这样可以使浸渍容器容器内压力与外界快速平衡；优选的真空浸渍容器的真空度为0Mpa～-0.095Mpa。

对于经过以上三个步骤之后，废弃锂离子电池的余锂清除不完全的情况下，以上三个步骤可多次循环直到余锂完全清除。所述的蒸汽处理锂离子电池的操作重复循环1-100次。

与现有技术相比，使用蒸汽对锂离子电池回收过程中余锂进行除锂，避免使用了烧碱和氯化钠，降低了生产成本，减少了有害物质的应用，降低了环境污染；本发明的蒸汽处理锂离子电池的方法中不需要把废弃锂离子电池浸入到烧碱和氯化钠的水溶液中，排出蒸汽后，需要处理的锂离子电池没有浸入到溶液中，打开蒸汽浸渍容器、取出废弃锂离子电池后即可进行破碎，避免了浸泡导致物料分选难度大的问题。

本发明中用蒸汽处理离子电池的装置的技术方案如下：

一种蒸汽处理锂离子电池的装置，包括蒸汽浸渍容器，蒸汽浸渍容器上设置有蒸汽进气口、真空抽气口、排气口、泄压口，其特征在于，所述真空抽气口上连接有真空气路，所述真空气路包括与所述真空抽气口相连的真空主气路以及与真空主气路相连的第一真空支气路和第二真空支气路，所述第一真空支气路和第二真空支气路上均设置有控制阀，所述第一真空支气路上连接有尾气处理装置，所述第二真空支气路上连接有冷凝器。

所述冷凝器的出气口与所述尾气处理装置连接，共用尾气处理装置可以简化处理装置部件，减少尾气处理装置的使用数目。

所述排气口上连接有排气气路，所述排气气路与所述冷凝器的进气口相连，共用冷凝器减少冷凝器使用数量，简化了装置的部件。

所述的蒸汽浸渍容器内设置有温度探测装置，温度探测装置可以监控蒸汽浸渍容器内的温度。

本发明的蒸汽处理锂离子电池的装置，布局合理，蒸汽浸渍容器上设置有蒸汽进气口、真空抽气口、排气口、泄压口，真空抽气口与真空主气路相连，真空主气路分为第一真空支气路和第二真空支气路，可以用于方便地处理废弃锂离子电池。

一种回收锂离子电池的方法，包括用蒸汽处理废弃锂离子电池中余锂的步骤。

经过蒸汽处理过的锂离子电池在回收过程中不需要惰性气体保护，可以在空气中直接进行回收操作，大大降低了回收设备的要求，提高了生产效率。

附图说明

图1为蒸汽处理锂离子电池的工艺图；

图2为蒸汽处理锂离子电池的装置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和容易理解，下面结合具体的实施例对蒸汽处理锂离子电池的方法进行说明。

实施例1

本实施例中蒸汽处理锂离子电池的步骤如下：

1)把开口的锂离子电池置入蒸汽浸渍箱内，密封蒸汽浸渍箱，对蒸汽浸渍箱抽真空至真空度为-0.08Mpa；

2)向蒸汽浸渍箱内通入373℃的蒸汽至蒸汽浸渍箱内，保持其内部压强为22Mpa左右，保压12h；

3)打开泄气阀，利用压力差排出蒸汽，使蒸汽浸渍箱内压力降低，再对蒸汽浸渍箱抽真空至真空度为-0.06MPa，打开泄气阀使蒸汽浸渍容器缓慢恢复至常压，打开蒸汽浸渍箱，取出处理过的废弃锂离子电池，完成处理。

实施例2

本实施例中蒸汽处理锂离子电池的步骤如下：

1)把废弃锂离子电池去壳得到电芯，然后把电芯置入蒸汽浸渍箱内，密封蒸汽浸渍箱，对蒸汽浸渍箱内部抽真空至真空度为-0.05Mpa；

2)向蒸汽浸渍箱内通入200℃蒸汽至蒸汽浸渍箱内压强为1.5Mpa左右，保压2h；3)打开泄气阀，利用压力差自然排出蒸汽，使蒸汽浸渍箱内压力降至常压；

4)然后再向浸渍箱中通入蒸汽重复步骤2)，打开泄气阀，利用压力差自然排出蒸汽，使蒸汽浸渍箱恢复至常压，打开蒸汽浸渍箱，取出处理过的锂离子电池，完成处理。

实施例3

本实施例中蒸汽处理锂离子电池的步骤如下：

1)把打开安全阀的锂离子电池置入蒸汽浸渍箱内，密封蒸汽浸渍箱，对蒸汽浸渍箱抽真空至真空度为-0.09Mpa，并持续抽真空20min；

2)向蒸汽浸渍箱内通入101℃蒸汽至蒸汽浸渍箱内压强为0.1Mpa，保压24h。

3)利用压力差排出蒸汽，使蒸汽浸渍箱内压力降低，再对蒸汽浸渍箱抽真空，真空度为-0.09MPa，缓慢打开泄气阀泄气，待蒸汽浸渍箱恢复至常压常温，打开蒸汽浸渍箱，取出处理过的锂离子电池，完成处理。

实施例4

本实施例中蒸汽处理锂离子电池的步骤如下：

1)把废弃锂离子电池去壳得到电芯，然后把电芯置入蒸汽浸渍箱内，密封蒸汽浸渍箱；

2)向蒸汽浸渍箱内通入134℃蒸汽至蒸汽浸渍箱内压强为0.3Mpa左右，保压5min；

3)利用压力差排出蒸汽，使蒸汽浸渍箱内压力降低，再对蒸汽浸渍箱抽真空至真空度为-0.08MPa，保压10s，打开泄气阀，蒸汽浸渍箱恢复至常压。

4)为了保证电芯去危险化的效果，依次将上述步骤2)和3)进行5次循环。打开蒸汽浸渍箱，取出处理过的锂离子电池，完成处理。

实施例5

本实施例中蒸汽处理锂离子电池的步骤如下：

1)把开口的锂离子电池置入蒸汽浸渍箱内，密封蒸汽浸渍箱；

2)向蒸汽浸渍箱内通入120℃蒸汽使蒸汽浸渍箱内的压强为0.2Mpa左右，保压24h；

3)对蒸汽浸渍箱抽真空至真空度为-0.095Mpa，排出蒸汽，打开泄气阀泄压使容器内恢复至常压常温。

4)为了保证电芯去危险化的效果，依次将上述步骤2)和3)进行5次循环。打开蒸汽浸渍箱，取出处理过的锂离子电池，完成处理，后接破碎分选工序对锂离子电池进行回收。

实施例6

对废弃锂离子电池进行实施例1的预处理，然后在空气中采用破碎分选的方法对锂离子电池进行回收。

实施例7

对废弃锂离子电池进行实施例2的预处理，然后在空气中采用破碎分选的方法对锂离子电池进行回收。

实施例8

本实施例结合附图2来说明蒸汽处理锂离子电池的装置。

本实施例的蒸汽处理锂离子电池的装置，包括蒸汽浸渍容器，本实施例的蒸汽浸渍容器为蒸汽浸渍箱，蒸汽浸渍箱上设置有蒸汽进气口、真空抽气口、排气口、泄压口。蒸汽进气口与蒸汽发生器1相连，本实施例中蒸汽发生器1为锅炉。真空抽气口上连接有真空气路，真空气路包括与所述真空抽气口相连的真空主气路以及与真空主气路相连的第一真空支气路和第二真空支气路，具体的，真空主气路的管道一端与真空抽气口相连，另一端与第一真空支气路和第二真空支气路的端部相连，第一真空支气路和第二真空支气路上分别设置有第一真空支气路控制阀7和第二真空支气路控制阀8，第一真空支气路上远离真空主气路的一端连接有尾气处理装置，第二真空支气路上远离真空主气路的一端连接有冷凝器9。真空主气路上连接有真空泵，用来对蒸汽浸渍箱中进行抽真空。

冷凝器的出气口与上述尾气处理装置连接。

排气口上连接有排气气路，排气气路的管道另一端与冷凝器的进气口相连。

冷凝器的出气口上连接有冷凝水收集罐10。

蒸汽浸渍容器内设置有温度探测装置，本实施例中温度探测装置为温度传感器。

下面结合实施例具体说明如何使用该装置处理锂离子电池。

把开口的锂离子电池放入附图2所示的蒸汽浸渍箱4中，打开第一真空支气路的第一真空支气路控制阀7对浸渍箱4进行抽真空至浸渍箱4内的真空度到-0.08MPa，并持续抽真空20min，关闭真空泵6和第一真空支气路的控制阀7，打开蒸汽阀2，由锅炉1向蒸汽浸渍箱4内通入160℃的蒸汽至蒸汽浸渍箱内压强为0.6Mpa，保压12h，保持蒸汽浸渍罐中160℃的温度，泄压阀5自动控制浸渍箱4内压力降温降压，为了保证浸渍箱4内的温度不低于160℃，定期给浸渍箱4内补充高温水蒸汽。保压12h之后，打开泄压阀5，浸渍箱4内的水蒸汽进入冷凝器9，当浸渍箱4内的压力接近0.1Mpa时，关闭泄压阀5，打开真空泵6及第二真空支气路的第二真空支气路控制阀8，将蒸汽冷凝后用冷凝水收集罐10进行收集，冷凝后得到的液体中含有电解液冷凝水经过处理后排放。待箱体内的真空度达-0.06MPa时，停止抽真空，打开泄压阀3，待浸渍箱4内的压力恢复正常，打开浸渍箱4的出料口，取出电池，即可进行破碎。

在本发明的蒸汽处理锂离子电池的装置的其他实施例中，冷凝器的出口与尾气处理装置不相连，冷凝器的出口连接有单独尾气处理装置。

在其他实施例中，排气气路的管道另一端连接有另外的冷凝器的进气口相连。在其他实施例中，不设置温度探测装置。

Claims (9)

1.一种蒸汽处理锂离子电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）把非密封的锂离子电池置入蒸汽浸渍容器内，密封蒸汽浸渍容器，使蒸汽浸渍容器内压力小于外界压力；

（2）向蒸汽浸渍容器内通入蒸汽至蒸汽进入锂离子电池内部，保持蒸汽浸渍容器内部的温度和压力；

（3）排出蒸汽，使蒸汽浸渍容器内恢复至常压；

所述蒸汽处理锂离子电池的方法用于去除锂离子电池中的余锂；

步骤（1）所述的蒸汽浸渍容器内压力的真空度为-0.05~ -0.095Mpa。

2.根据权利要求1所述的蒸汽处理锂离子电池的方法，其特征在于，步骤（2）中蒸汽浸渍容器内的压力为0.1Mpa~22Mpa，保压时间为5min~24h，蒸汽浸渍容器内的温度为101℃~373℃。

3.根据权利要求1所述的蒸汽处理锂离子电池的方法，其特征在于，步骤（3）所述的排出蒸汽，使蒸汽浸渍容器恢复至常压的具体方式为利用压力差自然排出蒸汽使蒸汽浸渍容器内压力降至常压。

4.根据权利要求1所述的蒸汽处理锂离子电池的方法，其特征在于，步骤（3）所述的排出蒸汽，使蒸汽浸渍容器恢复至常压的方式为采用抽真空排出蒸汽后自然泄负压使蒸汽浸渍容器恢复至常压、或采用自动泄压后，抽真空排蒸汽，然后泄负压至恢复常压。

5.根据权利要求4所述的蒸汽处理锂离子电池的方法，其特征在于，步骤（3）所述两种抽真空方式中都为将蒸汽浸渍容器抽至真空度为0 Mpa~-0.095 Mpa。

6.根据权利要求1所述的蒸汽处理锂离子电池的方法，其特征在于，所述的蒸汽处理锂离子电池的操作重复循环1-100次。

7.一种实施如权利要求1所述的蒸汽处理锂离子电池方法的用于蒸汽处理锂离子电池的装置，其特征在于，包括蒸汽浸渍容器，蒸汽浸渍容器上设置有蒸汽进气口、真空抽气口、排气口、泄压口，所述真空抽气口上连接有真空气路，所述真空气路包括与所述真空抽气口相连的真空主气路以及与真空主气路相连的第一真空支气路和第二真空支气路，所述第一真空支气路和第二真空支气路上均设置有控制阀，第一真空支气路上连接有尾气处理装置，第二真空支气路上连接有冷凝器。

8.根据权利要求7所述的用于蒸汽处理锂离子电池的装置，其特征在于，所述冷凝器的出气口与所述尾气处理装置连接；所述蒸汽浸渍容器内设置有温度探测装置；所述排气口上连接有排气气路，所述排气气路与所述冷凝器的进气口相连。

9.一种回收锂离子电池的方法，其特征在于，包含权利要求1所述的蒸汽处理锂离子电池的方法。

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