CN109088117B - 一种新能源汽车电池材料回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电池材料回收领域，提供一种新能源汽车电池材料回收系统，先对废旧电池材料进行粉碎、煅烧处理，得到电池材料粉末，再将电池材料粉末和液体反应液混合于超声波环境下反应，然后将得到的反应产物进行固液分离分别进行清洗操作和沉淀反应，整个回收系统实现了自动化的电池材料高价值金属回收，简单易于操作，能耗较低，回收效率高，不产生二次污染物。

Description

一种新能源汽车电池材料回收系统

技术领域

本发明属于电池材料回收领域，尤其涉及一种新能源汽车电池材料回收系统。

背景技术

锂离子电池作为电子消耗品，使用一定年限后失效报废。研究表明，锂离子电池的正负极材料、电解液、电解液溶剂等对环境和人体健康具有一定影响。废锂电池被丢弃到环境中，因各种原因破裂使电池中的物质进入环境，会造成环境污染。锂电池的丢弃具有分散性、随机性大的特点，所以它们对环境的污染是长期和缓慢的，随着废锂离子电池数量的增加，污染的累计效应增大。

废锂离子电池中含有大量的钴，是一种资源稀少、价格昂贵的重金属，且毒性较大，容易对环境造成污染。同时，钴作为国民经济建设和国防建设中不可缺少的重要原料之一，用量需求逐年增长。但我国钴的矿藏量较少，需要从外国进口。随着锂电池的应用范围越来越广，造成的资源浪费和环境污染问题也越来越严重。若能对废锂电池中回钴酸锂进行修复回用，将减轻国家对钴金属的进口，同时缓解环境压力。对废锂离子电池进行资源化处理，可以有效回收其中富含的有价金属，不仅具有经济效益，而且兼有显著的社会、环境效益。因此，对废锂离子电池进行有效回收及资源化利用具有重大意义。

目前，针对新能源汽车锂离子电池主要有两种回收方法：物理法和化学法。物理法一般作为预处理过程，其中包括热处理过程、机械破碎浮选过程及物理溶解过程，化学法包括酸浸过程、碱浸过程、溶剂萃取过程、生物浸出过程、化学沉淀过程、电化学沉积等过程。由于此过程操作单一并不能实现废旧电池各组分有效分离及回收的目的，因此当前对电池的回收采取以上几种方法的组合，而且基本处于实验室阶段，对废旧锂离子电池进行大规模产业化回收处理的很少，因此，需要寻找高效且环境友好的处理工艺对废锂电池中的钴酸锂进行回收。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种新能源汽车电池材料回收系统，旨在解决现有新能源汽车电池材料回收生产线复杂能耗高、回收效率低的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种新能源汽车电池材料回收系统，包括材料粉碎室，所述材料粉碎室的顶部设置有进料漏斗，所述材料粉碎室内水平设置上下两根横杆，所述横杆上固定有多个挤压板，所述上下两根横杆上的挤压板之间错位排列，所述材料粉碎室外设置有驱动所述横杆转动的第一驱动装置，所述材料粉碎室的底部左侧开有出料口，所述出料口的下方设置有粉料收集箱，所述粉料收集箱的上方设置有煅烧室，所述粉料收集箱内竖直设置一个螺旋输送管，所述螺旋输送管固定在所述煅烧室的背面，螺旋输送管顶部通过进料弯管与煅烧室连通，且连通位置设置进料门，所述煅烧室的左下方设置有反应室，所述反应室外侧通过设置支撑架与地面距离一定高度，所述煅烧室的底部设置有加热装置，所述煅烧室内右端设置有推块，左侧壁底部设置有开关门，所述开关门外侧设置有一个与所述开关门大小匹配的粉料导管，所述粉料导管的末端连通至所述反应室内，所述煅烧室外还设置有驱动所述开关门上下运动的气缸，所述反应室内的底面为斜面，所述反应室内轴向设置有一根搅拌杆，所述搅拌杆上固定有多块搅拌叶片，所述搅拌杆的顶部伸出至所述反应室外并连接一个用于驱动所述搅拌杆转动的第二驱动装置，所述反应室贴着内壁设置有螺旋热管，所述反应室的侧壁外侧相对设置有左右两组声波发生器，所述反应室的顶部安装有一个温度计，所述反应室的侧壁上方通有多个液体进料管，所述反应室的侧壁底部且位于斜面最低位置连接有一个出口弯管，所述出口弯管上设置有电控阀，所述反应室的外侧下方设置有压滤料筒，所述压滤料筒对应出口弯管的位置开有进料口，所述出口弯管穿过所述进料口且位于所述压滤料筒内，所述压滤料筒内轴向设置有一根滑杆，所述滑杆的底部固定有与压滤料筒内径匹配的渗液活塞，所述压滤料筒的底盖可拆卸，所述压滤料筒的上端设置有用于驱动所述滑杆上下运动的第三驱动装置，所述压滤料筒的内壁与所述进料口相对的位置开有倒水口，所述压滤料筒的外壁位于倒水口的下方的位置设置有挡水板，所述压滤料筒位于所述进料口一侧的外壁中间通过设置铰接件与所述支撑架连接，所述反应室的下方安装有用于驱动所述压滤料筒运动的第四驱动装置，所述第四驱动装置包括横向电机、丝杆、丝杆螺母、连接杆和滑槽，所述横向电机与丝杆相连，所述丝杆螺母安装在所述丝杆上，所述连接杆的一端与所述丝杆螺母铰接，另一端与所述底盖的右端通过一个圆柱型销钉铰接，所述圆柱型销钉位于所述滑槽内，所述滑槽的形状为以所述铰接件为圆心的四分之一圆弧形，所述圆弧形滑槽的左端下方设置沉淀反应池，所述圆弧形滑槽的右端下方设置清洗池，所述沉淀反应池的侧壁上方通有进液管，所述压滤料筒的底盖左端还设置有锁紧开关。

具体的，所述第一驱动装置包括第一驱动电机，所述两根横杆的一端通过轴承座固定在所述材料粉碎室的左侧壁上，另一端分别固定有一个啮合齿轮，两个啮合齿轮相互啮合，下方横杆伸出所述材料粉碎室的右侧壁并与所述第一电机相连，所述第二驱动装置为第二驱动电机。

具体的，所述材料粉碎室的底部还横向设置有一根细杆，所述细杆上固定有小型螺旋搅拌桨，所述细杆伸出所述材料粉碎室的右侧壁，所述细杆的右侧末端固定有第一传动齿轮，所述下方的横杆伸出所述材料粉碎室外的部分套有第二传动齿轮，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮之间设置有啮合的第三传动齿轮。

具体的，所述煅烧室的背面靠近顶部的位置还开有一个热气口和一个回气口，所述热气口通过一根热气管连通至所述螺旋热管一端，所述回气口通过一根回气管连通至所述螺旋热管的另一端，所述热气管或者回气管上设置有风机和风阀，所述煅烧室内位于所述回气口和热气口的下方还设置有粉尘过滤网。

具体的，所述清洗池的上方安装有一根清水管，所述清洗池的底部向上设置有一排高压水嘴。

具体的，所述压滤料筒内且位于渗液活塞上方位置固定有顶板，所述滑杆穿过所述顶板，所述滑杆位于渗液活塞上方部分沿长度方向设置有凸齿，所述第三驱动装置位于所述顶板上方，且包括第三驱动电机、输出齿轮和双联齿轮，所述输出齿轮与所述第三驱动电机相连，所述双联齿轮的小齿轮与所述凸齿啮合，所述双联齿轮的大齿轮与所述输出齿轮啮合。

具体的，所述锁紧开关包括液压缸、滑道和一个L型锁钩，所述滑道位于所述压滤料筒侧壁的底部并沿筒身直线方向设置，所述L型锁钩嵌入所述滑道内，所述液压缸的伸缩端与所述L型锁钩铆接，所述底盖与所述压滤料筒侧壁底部之间还设置有密封圈。

具体的，所述粉料收集室的底部朝向所述螺旋输送管的底部倾斜设置。

本发明的有益效果：本发明提供的一种新能源汽车电池材料回收系统，先对废旧电池材料进行粉碎、煅烧处理，得到电池材料粉末，再将电池材料粉末和液体反应液混合于超声波环境下反应，然后将得到的反应产物进行固液分离分别进行清洗操作和沉淀反应，整个回收系统实现了自动化的电池材料高价值金属回收，简单易于操作，能耗较低，回收效率高，不产生二次污染物。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种新能源汽车电池材料回收系统的结构图；

图2是本发明实施例提供的压滤料筒的放大结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，一种新能源汽车电池材料回收系统，包括材料粉碎室1，所述材料粉碎室1的顶部设置有进料漏斗2，所述材料粉碎室1内水平设置上下两根横杆3，所述横杆3上固定有多个挤压板4，所述上下两根横杆3上的挤压板4之间错位排列，所述材料粉碎室1外设置有驱动所述横杆3转动的第一驱动装置5，所述材料粉碎室1的底部左侧开有出料口6，所述出料口6的下方设置有粉料收集箱7，所述粉料收集箱7的上方设置有煅烧室8，所述粉料收集箱7内竖直设置一个螺旋输送管9，所述螺旋输送管9固定在所述煅烧室8的背面，螺旋输送管9顶部通过进料弯管与煅烧室8连通，且连通位置设置进料门10，所述煅烧室8的左下方设置有反应室11，所述反应室11外侧通过设置支撑架12与地面距离一定高度，所述煅烧室8的底部设置有加热装置13，所述煅烧室8内右端设置有推块14，左侧壁底部设置有开关门15，所述开关门15外侧设置有一个与所述开关门大小匹配的粉料导管16，所述粉料导管16的末端连通至所述反应室11内，所述煅烧室8外还设置有驱动所述开关门上下运动的气缸17，所述反应室11内的底面为斜面，所述反应室11内轴向设置有一根搅拌杆18，所述搅拌杆上18固定有多块搅拌叶片19，所述搅拌杆18的顶部伸出至所述反应室11外并连接一个用于驱动所述搅拌杆转动的第二驱动装置20，所述反应室11贴着内壁设置有螺旋热管21，所述反应室11的侧壁外侧相对设置有左右两组声波发生器22，所述反应室11的顶部安装有一个温度计23，所述反应室11的侧壁上方通有多个液体进料管24，所述反应室11的侧壁底部且位于斜面最低位置连接有一个出口弯管25，所述出口弯管25上设置有电控阀，所述反应室11的外侧下方设置有压滤料筒26，所述压滤料筒26对应出口弯管25的位置开有进料口27，所述出口弯管25穿过所述进料口27且位于所述压滤料筒26内，所述压滤料筒26内轴向设置有一根滑杆28，所述滑杆28的底部固定有与压滤料筒26内径匹配的渗液活塞29，所述压滤料筒26的底盖30可拆卸，所述压滤料筒26的上端设置有用于驱动所述滑杆28上下运动的第三驱动装置31，所述压滤料筒26的内壁与所述进料口27相对的位置开有倒水口32，所述压滤料筒26的外壁位于倒水口32的下方的位置设置有挡水板33，所述压滤料筒26位于所述进料口27一侧的外壁中间通过设置铰接件34与所述支撑架12连接，所述反应室11的下方安装有用于驱动所述压滤料筒26运动的第四驱动装置，所述第四驱动装置包括横向电机35、丝杆36、丝杆螺母37、连接杆38和滑槽39，所述横向电机35与丝杆36相连，所述丝杆螺母37安装在所述丝杆36上，所述连接杆38的一端与所述丝杆螺母37铰接，另一端与所述底盖30的右端通过一个圆柱型销钉40铰接，所述圆柱型销钉40位于所述滑槽39内，所述滑槽39的形状为以所述铰接件34为圆心的四分之一圆弧形，所述圆弧形滑槽39的左端下方设置沉淀反应池41，所述圆弧形滑槽39的右端下方设置清洗池42，所述沉淀反应池41的侧壁上方通有进液管43，所述压滤料筒26的底盖30左端还设置有锁紧开关44。

将准备好的待回收处理的电池材料加入进料漏斗，启动第一驱动装置，上下两根横杆带动挤压板同步朝相反的方向转动，材料粉碎室开始进行电池材料的粉碎操作，经初步粉碎后得到的电池材料粉碎料由材料粉碎室底部左侧的出料口落下进入粉料收集箱，然后电池材料粉碎料从螺旋输送管的底部往上输送直至通过进料弯管进入煅烧室，初始时煅烧室左侧的开关门处于关闭状态，推块位于煅烧室的最右端，当进入一定量的电池材料粉碎料后，关闭进料门，启动煅烧室的加热装置，煅烧一定时间后得到电池材料粉末，此时打开开关门，驱动推块从右至左将电池材料粉末经由粉料导管推入至反应室，启动第二驱动装置、螺旋热管和声波发生器，此时反应室底部的出口弯管为关闭状态，搅拌杆开始带动搅拌叶片对电池材料粉末进行搅拌，同时从多个液体进料管分别通入所需的液体反应物，比如有硫酸柠檬混合酸、过氧化氢、草酸等，通过温度计控制反应温度，反应一定时间后得到反应产物，所述反应产物包括包含锂元素的液体产物和包含钴元素的固体产物，反应完全后打开出口弯管，将反应产物排入压滤料筒内，启动第三驱动装置和第四驱动装置，第三驱动装置驱动滑杆推动渗液活塞向下运动，第四驱动装置继续带动压滤料筒进行转动，在压滤料筒逐渐转动至水平方向的过程中，渗液活塞逐渐对反应产物进行挤压，液体产物通过渗液活塞渗透到渗液活塞的上方，从倒水口流向沉淀反应池，当压滤料筒运动至水平位置时，底盖的锁紧开关打开，渗液活塞继续推挤固体产物推开底盖，落入清洗池，渗液活塞推到顶后，第三驱动装置驱动滑杆回退，这样，底盖在重力作用下盖上，再通过锁紧开关锁紧，第四驱动装置反向驱动压滤料筒从水平位置转动直至返回初始的竖直位置，之后再在沉淀反应池通入碳酸盐溶液进行液体反应物的沉淀反应得到锂金属的化合物，在清洗池对固体产物进行充分的清洗得到钴金属的化合物。整个装置对废旧电池材料进行粉碎、煅烧处理，得到电池材料粉末，再将电池材料粉末和液体反应液混合于超声波环境下反应，得到液态的锂金属化合物和固态的钴金属化合物，然后将其进行固液分离分别进行清洗操作和沉淀反应，得到各自高纯度的常用金属化合物产物，整个回收系统实现了自动化的电池材料高价值金属的回收，操作简单，能耗较低，回收效率高，不产生二次污染物。

作为本发明所述的一种新能源汽车电池材料回收系统的具体结构，如图1所示，所述第一驱动装置包括第一驱动电机51，所述两根横杆的一端通过轴承座52固定在所述材料粉碎室1的左侧壁上，另一端分别固定有一个啮合齿轮53，两个啮合齿轮相互啮合，下方横杆伸出所述材料粉碎室的右侧壁并与所述第一电机相连，所述第二驱动装置为第二驱动电机。通过两个啮合齿轮可以很方便的实现上下两根横杆的相向运动。

作为本发明所述的一种新能源汽车电池材料回收系统的优选结构，如图1所示，所述材料粉碎室的底部还横向设置有一根细杆45，所述细杆45上固定有小型螺旋搅拌桨46，所述细杆45伸出所述材料粉碎室1的右侧壁，所述细杆45的右侧末端固定有第一传动齿轮47，所述下方的横杆伸出所述材料粉碎室外的部分套有第二传动齿轮48，所述第一传动齿轮47和第二传动齿轮48之间设置有啮合的第三传动齿轮49。下方设置带有小型螺旋搅拌桨的细杆，转动时将底部右侧的粉碎料输送到左端的出料口位置，提高粉碎料落入粉料收集箱的效率。所述煅烧室8的背面靠近顶部的位置还开有一个热气口81和一个回气口82，所述热气口81通过一根热气管83连通至所述螺旋热管21一端，所述回气口82通过一根回气管84连通至所述螺旋热管21的另一端，所述热气管83或者回气管84上设置有风机50和风阀51，所述煅烧室内位于所述回气口和热气口的下方还设置有粉尘过滤网52。在煅烧室的背面设置热气口和回气口，并与反应室的螺旋热管连通，实现了热气的循环利用，设置粉尘过滤网防止煅烧过程中粉末上浮堵塞气口。所述清洗池42的上方安装有一根清水管53，所述清洗池42的底部向上设置有一排高压水嘴421。在清洗池内设置清水管和高压水嘴保证对钴金属化合物的清洗效果充分。如图1和2所示，所述压滤料筒26内且位于渗液活塞29上方位置固定有顶板311，所述滑杆28穿过所述顶板311，所述滑杆28位于渗液活塞29上方部分沿长度方向设置有凸齿，所述第三驱动装置31位于所述顶板311上方，且包括第三驱动电机312、输出齿轮313和双联齿轮314，所述输出齿轮313与所述第三驱动电机312相连，所述双联齿轮314的小齿轮与所述凸齿啮合，所述双联齿轮314的大齿轮与所述输出齿轮313啮合。所述锁紧开关44包括液压缸441、滑道442和一个L型锁钩443，所述滑道442位于所述压滤料筒26侧壁的底部并沿筒身直线方向设置，所述L型锁钩443嵌入所述滑道442内，所述液压缸441的伸缩端与所述L型锁钩443铆接，所述底盖30与所述压滤料筒26侧壁底部之间还设置有密封圈54。设置密封圈能够确保底盖封闭的紧密性，锁紧开关设置L型锁钩，液压缸通过伸缩杆驱动L型锁钩沿滑道向下运动一小段距离后，L型锁钩的横向机构脱离对底盖左端的压制，方便底盖能够自由开关，这时渗液活塞能够推开底盖从而推出固体产物进入清洗池，当渗液活塞回退后，底盖也能完全进入L型锁钩内，此时液压缸再通过伸缩杆回拉L型锁钩，即可锁紧底盖，实现了固液态产物的自动分离。所述粉料收集室的底部朝向所述螺旋输送管的底部倾斜设置，提前将螺旋输送管底部的物料集中便于输送。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新能源汽车电池材料回收系统，其特征在于，包括材料粉碎室，所述材料粉碎室的顶部设置有进料漏斗，所述材料粉碎室内水平设置上下两根横杆，所述横杆上固定有多个挤压板，所述上下两根横杆上的挤压板之间错位排列，所述材料粉碎室外设置有驱动所述横杆转动的第一驱动装置，所述材料粉碎室的底部左侧开有出料口，所述出料口的下方设置有粉料收集箱，所述粉料收集箱的上方设置有煅烧室，所述粉料收集箱内竖直设置一个螺旋输送管，所述螺旋输送管固定在所述煅烧室的背面，螺旋输送管顶部通过进料弯管与煅烧室连通，且连通位置设置进料门，所述煅烧室的左下方设置有反应室，所述反应室外侧通过设置支撑架与地面距离一定高度，所述煅烧室的底部设置有加热装置，所述煅烧室内右端设置有推块，左侧壁底部设置有开关门，所述开关门外侧设置有一个与所述开关门大小匹配的粉料导管，所述粉料导管的末端连通至所述反应室内，所述煅烧室外还设置有驱动所述开关门上下运动的气缸，所述反应室内的底面为斜面，所述反应室内轴向设置有一根搅拌杆，所述搅拌杆上固定有多块搅拌叶片，所述搅拌杆的顶部伸出至所述反应室外并连接一个用于驱动所述搅拌杆转动的第二驱动装置，所述反应室贴着内壁设置有螺旋热管，所述反应室的侧壁外侧相对设置有左右两组声波发生器，所述反应室的顶部安装有一个温度计，所述反应室的侧壁上方通有多个液体进料管，所述反应室的侧壁底部且位于斜面最低位置连接有一个出口弯管，所述出口弯管上设置有电控阀，所述反应室的外侧下方设置有压滤料筒，所述压滤料筒对应出口弯管的位置开有进料口，所述出口弯管穿过所述进料口且位于所述压滤料筒内，所述压滤料筒内轴向设置有一根滑杆，所述滑杆的底部固定有与压滤料筒内径匹配的渗液活塞，所述压滤料筒的底盖可拆卸，所述压滤料筒的上端设置有用于驱动所述滑杆上下运动的第三驱动装置，所述压滤料筒的内壁与所述进料口相对的位置开有倒水口，所述压滤料筒的外壁位于倒水口的下方的位置设置有挡水板，所述压滤料筒位于所述进料口一侧的外壁中间通过设置铰接件与所述支撑架连接，所述反应室的下方安装有用于驱动所述压滤料筒运动的第四驱动装置，所述第四驱动装置包括横向电机、丝杆、丝杆螺母、连接杆和滑槽，所述横向电机与丝杆相连，所述丝杆螺母安装在所述丝杆上，所述连接杆的一端与所述丝杆螺母铰接，另一端与所述底盖的右端通过一个圆柱型销钉铰接，所述圆柱型销钉位于所述滑槽内，所述滑槽的形状为以所述铰接件为圆心的四分之一圆弧形，所述圆弧形滑槽的左端下方设置沉淀反应池，所述圆弧形滑槽的右端下方设置清洗池，所述沉淀反应池的侧壁上方通有进液管，所述压滤料筒的底盖左端还设置有锁紧开关。

2.如权利要求1所述的一种新能源汽车电池材料回收系统，其特征在于，所述第一驱动装置包括第一驱动电机，所述两根横杆的一端通过轴承座固定在所述材料粉碎室的左侧壁上，另一端分别固定有一个啮合齿轮，两个啮合齿轮相互啮合，下方横杆伸出所述材料粉碎室的右侧壁并与所述第一驱动电机相连，所述第二驱动装置为第二驱动电机。

3.如权利要求2所述的一种新能源汽车电池材料回收系统，其特征在于，所述材料粉碎室的底部还横向设置有一根细杆，所述细杆上固定有小型螺旋搅拌桨，所述细杆伸出所述材料粉碎室的右侧壁，所述细杆的右侧末端固定有第一传动齿轮，所述下方的横杆伸出所述材料粉碎室外的部分套有第二传动齿轮，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮之间设置有啮合的第三传动齿轮。

4.如权利要求1所述的一种新能源汽车电池材料回收系统，其特征在于，所述煅烧室的背面靠近顶部的位置还开有一个热气口和一个回气口，所述热气口通过一根热气管连通至所述螺旋热管一端，所述回气口通过一根回气管连通至所述螺旋热管的另一端，所述热气管或者回气管上设置有风机和风阀，所述煅烧室内位于所述回气口和热气口的下方还设置有粉尘过滤网。

5.如权利要求1所述的一种新能源汽车电池材料回收系统，其特征在于，所述清洗池的上方安装有一根清水管，所述清洗池的底部向上设置有一排高压水嘴。

6.如权利要求1所述的一种新能源汽车电池材料回收系统，其特征在于，所述压滤料筒内且位于渗液活塞上方位置固定有顶板，所述滑杆穿过所述顶板，所述滑杆位于渗液活塞上方部分沿长度方向设置有凸齿，所述第三驱动装置位于所述顶板上方，且包括第三驱动电机、输出齿轮和双联齿轮，所述输出齿轮与所述第三驱动电机相连，所述双联齿轮的小齿轮与所述凸齿啮合，所述双联齿轮的大齿轮与所述输出齿轮啮合。

7.如权利要求6所述的一种新能源汽车电池材料回收系统，其特征在于，所述锁紧开关包括液压缸、滑道和一个L型锁钩，所述滑道位于所述压滤料筒侧壁的底部并沿筒身直线方向设置，所述L型锁钩嵌入所述滑道内，所述液压缸的伸缩端与所述L型锁钩铆接，所述底盖与所述压滤料筒侧壁底部之间还设置有密封圈。

8.如权利要求1至7任一项所述的一种新能源汽车电池材料回收系统，其特征在于，所述粉料收集室的底部朝向所述螺旋输送管的底部倾斜设置。