CN108598610A - 一种锂离子电池电极材料超声剥离系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电极材料超声剥离及材料收集系统。本发明的锂离子电池电极材料超声剥离系统包括操作台、电极片传送系统、热处理区、超声处理区、回收材料物料收集系统、铝箔收集区。处理过程为：以拆解后获得的电极片为初始原料，电极片从操作台进入传送系统后，极片首先进入热处理区进行热处理，热处理的作用为是浸润极片上的电极材料及软化电极材料中的粘结剂。热处理结束后连续进入超声处理区，活性材料在超声处理区得到剥离，聚集后通过收集系统的螺旋输送体输出，收集后获得回收的电极材料。

Description

一种锂离子电池电极材料超声剥离系统

技术领域

本发明属锂离子电池回收技术领域，更具体地说，本发明涉及一种锂离子电池电极材料从电极片剥离及收集方法。

背景技术

据中国电子节能技术协会电池专业委员会及中国电池联盟的统计数据，2016年全球动力电池需求量41.6GWh，LFP、NCA、NCM和LMO四大主要类型的动力锂离子电池的需求量分别为23.9GWh、5.5GWh、10.5GWh和1.7GWh。随着锂离子电池寿命的终止，在不久的将来，废旧锂离子电池将会呈现爆发式增长，随着新能源汽车的快速发展，动力锂离子电池的使用量将相应的快速增加，随着电池使用寿命结束，预计不久的将来，废旧的锂离子电池将出现爆发式的增长。废旧的电池直接废弃，会给环境带来巨大的环境污染及资源浪费，因此，对废旧电池实现无害化、资源化回收利用是未来必须解决的难题。现有的回收技术一般为湿法回收，其存在诸多缺点，如：回收需使用大量碱液、需要大量水洗涤产生大量废液。因此，急需一种不造成环境的二次污染又能方便快捷回收废旧锂离子电池的装置及方法。特别对于采用高温直接法回收再利用的磷酸铁锂等正极材料，电极材料的直接收集，是后续回收利用的必要前提。

发明专利内容

本发明的目的在于提供一种电极材料收集方法，特别适用于后续采用直接高温修复方法再生利用的磷酸铁锂等正极材料的回收。

为实现以上目的，本发明提出了以下的技术方案：

一种锂离子电池电极材料超声剥离系统，包括机架，所述机架上设置有工作槽，所述机架的起始端设置操作区、在所述工作槽内设置有热处理区与超声处理区，在工作槽末端设置有回收材料物料收集系统及铝箔收集区，锂离子电池电极片从操作区进入，通过电极片传送系统的传输，依次进入热处理区与超声处理区，进行热处理与剥离，剥离后的活性材料聚集后通过所述收集系统输出，剥离后的铝箔进入到所述铝箔收集区。

所述超声处理区，设置有超声波发生装置、回收材料物料出口，所述超声处理区的工作槽内装有超声介质，所述回收材料物料出口设置于超声处理区下方，所述超声波发生装置包括超声阵子，所述超声阵子位于超声处理区的工作槽壁上，所述超声阵子实行分组控制，其工作数量根据极片尺寸可调。

所述电极传送系统，包括设置于操作区至铝箔收集区的导轨，设置于导轨上的传送带，所述传送带由传送带电机带动，所述电极传送系统包括四段，分别是操作段、热处理段、超声处理段、铝箔脱出段，所述导轨起始端设置有主传动齿轮，所述导轨在操作段与热处理段连接处、所述超声处理段与所述铝箔脱出段连接处分别设置有暂紧齿轮，所述导轨的末端设置有脱料区连动齿轮，所述传送带通过各齿轮的带动在所述导轨上传动，所述传送带上分布有极片夹具。

所述回收材料物料收集系统包括螺旋输送体，物料在超声处理区经过超声作用剥离后，于底部聚集到达回收材料物料出口后，通过螺旋输送体输出，所述螺旋输送体下端与所述超声处理段物料出口连接，螺旋输送体上端设有出料口将物料从系统取出，螺旋输送体顶端通过电机安装底座安装电机。

所述电极传送系统，在所述操作段的始端及铝箔脱出段的末端分别安装有活动导轨与气动活塞，操作段上电极片夹于极片夹具上后，气动活塞带动活动导轨向内收缩，使极片夹具闭合，电极片完成夹装；在铝箔脱出段，气动活塞带动活动导轨向外张开，促使极片夹具张开，电极片脱出。

所述热处理区内装有热处理介质，热处理介质为70～98℃的热水/热蒸汽，电极片在热处理区中传输5～20min。

所述热处理介质采用去离子水。

所述热处理区、超声处理区工作槽外壁设置废气出口，废气出口处设置废气吸收装置，废气经过废气吸收装置后排出。

所述超声介质为热水，热水温度为70-98℃。

本发明的有益效果：

本发明锂离子电池电极材料超声剥离系统应用超声作用从电极片上剥离电极材料，初始电极片拆解后不需要经过高温处理粘结剂即可以实现剥离，能耗低；与现有使用氢氧化钠溶解铝箔实现电极材料收集相比，本系统仅需要使用热水介质，并且热水介质可以循环使用，消耗量少，仅使用热水介质，不会产生有毒、有害或腐蚀性废液，具有环保意义。

附图说明

图1是本发明锂离子电池电极材料超声剥离系统正面结构示意图。

图2是本发明锂离子电池电极材料超声剥离系统背面结构示意图。

图3是电极片传送系统结构示意图。

图4是极片夹具示意图。

图5是电极片传送系统操作段局部放大图。

图6是电极片传送系统铝箔脱出段局部放大图。

图7是本发明锂离子电池电极材料超声剥离系统三维透视示意图。

附图标记：

1、电机；2、电机安装底座；3、出料口；4、螺旋输送体；5、法兰；6、回收材料物料出口；7、铝箔收集区；8、超声处理区；9、超声振子；10、传送带电机；11、操作区；12、热处理区；13、工作槽；14、第一暂紧齿轮；15、第一暂紧齿轮活动轴；16、下连动齿轮；17、下连动齿轮固定件；18、传送带；19、主传动齿轮；20、主传动轴；21、脱出段活动导轨；22、脱料区齿轮轴；23、脱料区联动齿轮；24、第二暂紧齿轮活动轴；25、第二暂紧齿轮；26、夹具底座；27、夹具臂；28、导轨滚轮；29、夹头支架；30、夹头；31、极片夹具；32、操作段气动活塞底座；33、操作段活塞气缸；34、操作段活动导轨；35、脱出段气动活塞底座；36、脱出段活塞气缸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

一种锂离子电池电极材料超声剥离系统，包括机架，机架上设置有工作槽13，工作槽始端上方设置有操作区11、工作槽内部设置有热处理区12与超声处理区8、在工作槽的末端设置有回收材料物料收集系统、末端上方还设置有铝箔收集区7，还包括电极片传送系统，可以将物料从操作区依次输送至热处理区12、超声处理区8、物料收集系统和铝箔收集区7。

电极传送系统，包括设置于操作区至铝箔收集区的导轨，设置于导轨上的传送带18，所述传送带由传送带电机10带动，电极传送系统包括四段，分别是操作段、热处理段、超声处理段、铝箔脱出段，电极传送系统起始端设置有主传动齿轮19，及支承主传动齿轮的主传动齿轮轴20，在操作段与热处理段连接处设置有第一暂紧齿轮14及支承第一暂紧齿轮的第一暂紧齿轮活动轴15，在超声处理段与铝箔脱出段连接处设置有第二暂紧齿轮24及支承第二暂紧齿轮的第二暂紧齿轮活动轴25，为了使操作段与热处理段连接稳定，在连接处还设置有下连动齿轮16及支承下连动齿轮16的下连动齿轮固定件17，电极传送系统末端设置有脱料区连动齿轮23及用于支承脱料区连动齿轮的脱料区齿轮轴22，传送带通过各齿轮的带动在导轨上传动，传送带上分布有极片夹具31。

操作段的始端及铝箔脱出段的末端分别安装有活动导轨与气动活塞。

操作段气动活塞设置于操作段传送带的下方，包括操作段气动活塞底座32，及操作段活塞气缸33，操作段活塞气缸33可驱动操作段活动导轨34向内收缩，使极片夹具31闭合，完成电极片的夹装。

在铝箔脱出段，脱出段气动活塞设置于脱出段传送带下方，包括脱出段气动活塞底座35，及脱出段活塞气缸36，脱出段活塞气缸36可驱动脱出段活动导轨21向外张开，促使极片夹具张开，电极片脱出。

极片夹具31包括固定在传送带上的夹具底座26，夹具底座26上通过导轨滚轮28设置有可打开与闭合的夹具臂27，夹具臂27上设置有夹头支架29，夹头30固定于夹头支架29上。

热处理段采用热水或热蒸汽为介质，温度为70～98℃。传送带的传送速度可调，通过调整传送带速度调节极片在热处理段的时间，热处理时间为5～20min。

拆解后的正极片不需要经过热处理去除粘结剂等步骤，拆解后得到的电极片直接进入热水或热蒸汽处理流程。

为了减少回收物料中的杂质，热处理介质为热水或热蒸汽，优选的，热水采用去离子水，热蒸汽水源采用去离子水。

超声处理区设置有超声波发生装置、回收材料物料出口6，在超声处理区工作槽内装有超声介质，超声介质为70～98℃的去离子热水。回收材料物料出口6设置于超声处理区的下方，超声波发生装置包括超声阵子9，超声阵子9设置于超声处理区的工作槽两侧壁上，超声阵子9实行分组控制，每片极片超声处理的时间控制在1～15s，超声阵子9工作数量根据极片尺寸可调。

回收材料物料收集系统包括螺旋输送体4，螺旋输送体4通过法兰5与回收材料物料出口6连接，物料在超声处理区8经过超声作用剥离后，在底部聚集到达回收材料物料出口6后，通过螺旋输送体4输出，螺旋输送体4上端设有出料口3，将物料从系统取出，螺旋输送体4顶端通过电机安装底座2安装电机1。

为了防止零部件长期浸泡液体中生锈，所有物件采用不锈钢、塑料等防腐蚀材料。

为了防止产生的废气污染，热处理段槽体、超声处理段槽体外部采用壳体密封，并设置废气出口。废气出口设置有废气吸收装置：氢氧化钠液体吸收装置，废气经吸收后排出。

处理过程包括：电极片从操作区进入传送系统，极片首先进入热处理区进行热处理，热处理结束后进入超声处理区，活性材料在超声处理区剥离。

首先，电池拆解后分选出正极片，将正极片逐片置于极片夹具上。极片夹具置于传送带上，随着传送带运动。待剥离的电极片随着极片夹具从操作区先进入到热处理区，该区的主要作用为，经过热水或热蒸汽的作用，使得电极材料被浸润，并由于高温，使得电极材料中的粘结剂被软化，有利于超声处理段提高剥离效果。经过热处理段后，随着传送带连续进入超声处理段，通过超声波的作用，将电极材料从铝箔上剥离，剥离的电极材料聚集于下方，于底部聚集到达回收材料物料出口后，通过与回收材料物料出口连接的螺旋输送体向上输送，从螺旋输送体上方的出料口输出。铝箔随着极片夹具传送到末端，随着极片夹具的张开，自然下落至位于下方的铝箔收集箱。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (9)

1.一种锂离子电池电极材料超声剥离系统，包括机架，所述机架上设置有工作槽，其特征在于：所述机架的起始端设置操作区、在所述工作槽内设置有热处理区与超声处理区，在工作槽末端设置有回收材料物料收集系统及铝箔收集区，锂离子电池电极片从操作区进入，通过电极片传送系统的传输，依次进入热处理区与超声处理区，进行热处理与剥离，剥离后的活性材料聚集后通过所述收集系统输出，剥离后的铝箔进入到所述铝箔收集区。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池电极材料超声剥离系统，其特征在于：所述超声处理区，设置有超声波发生装置、回收材料物料出口，所述超声处理区工作槽内装有超声介质，所述超声波发生装置包括超声阵子，所述超声阵子位于超声处理区的工作槽壁上，所述超声阵子实行分组控制，其工作数量根据极片尺寸可调，所述回收材料物料出口设置于超声处理区下方。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池电极材料超声剥离系统，其特征在于：所述电极传送系统，包括设置于操作区至铝箔收集区的导轨，设置于导轨上的传送带，所述传送带由传送带电机带动，所述电极传送系统包括四段，分别是操作段、热处理段、超声处理段、铝箔脱出段，所述导轨起始端设置有主传动齿轮，所述导轨在操作段与热处理段连接处、所述超声处理段与所述铝箔脱出段连接处分别设置有暂紧齿轮，所述导轨的末端设置有脱料区连动齿轮，所述传送带通过各齿轮的带动在所述导轨上传动，所述传送带上分布有极片夹具。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池电极材料超声剥离系统，其特征在于：所述回收材料物料收集系统包括螺旋输送体，物料在超声处理区经过超声作用剥离后，于底部聚集到达所述回收材料物料出口后，通过所述螺旋输送体输出，所述螺旋输送体下端与所述超声处理段物料出口连接，螺旋输送体上端设有出料口，螺旋输送体顶端通过电机安装底座安装有电机。

5.根据权利要求3所述的锂离子电池电极材料超声剥离系统，其特征在于：所述电极传送系统，在所述操作段的始端及铝箔脱出段的末端分别安装有活动导轨与气动活塞，操作段上电极片夹于极片夹具上后，气动活塞带动活动导轨向内收缩，使极片夹具闭合，电极片完成夹装；在铝箔脱出段，气动活塞带动活动导轨向外张开，促使极片夹具张开，电极片脱出。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池电极材料超声剥离系统，其特征在于：所述热处理区工作槽内装有热处理介质，其为温度70～98℃的热水，电极片在所述热处理介质中传输时间为5～20min。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池电极材料超声剥离系统，其特征在于：所述热处理介质为去离子水。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池电极材料超声剥离系统，其特征在于：所述热处理区、超声处理区工作槽外壁设置废气出口，废气出口处设置废气吸收装置，废气经过废气吸收装置后排出。

9.根据权利要求2所述的锂离子电池电极材料超声剥离系统，其特征在于：所述超声介质为热水，热水温度为70-98℃。