CN111326811A - 电池极片光催化降解装置及电池极片光催化降解设备 - Google Patents

电池极片光催化降解装置及电池极片光催化降解设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电池极片光催化降解装置及电池极片光催化降解设备。电池极片光催化降解装置，包括用于盛放包含光催化剂和水的复合体系的降解容器以及用于在降解操作时放入降解容器内的极片固定架，极片固定架上设置有用于固定电池极片的固定结构，电池极片光催化降解装置还包括用于向复合体系中通入含氧气体的充氧管，充氧管上设置有用于与充氧设备相连的进气口以及用于没入复合体系中的出气口，电池极片光催化降解装置还包括用于对复合体系进行光照以使极片中的有机物发生降解的光源。上述技术方案解决了现有技术在降解废旧的锂电池时成本高、降解效率低、对环境污染严重的技术问题。

Description

电池极片光催化降解装置及电池极片光催化降解设备
技术领域
本发明属于废旧锂离子电池回收技术领域，具体涉及一种电池极片光催化降解装置及电池极片光催化降解设备。
背景技术
随着锂电池的广泛应用，我国成为世界上最大的锂电池生产和消费国家，特别是近年来国家出台一系列购置补贴、税费减免等优惠政策，使得新能源汽车市场日益蓬勃发展，作为新能源汽车的“心脏”，动力锂电池产业也在迅猛发展，随之而来的就是大量报废的动力锂电池，预计到2018年底，我国累计废旧动力锂电池超过12GWh，报废量达17万吨。大量的废旧锂电池中的电解液会释放各种有机污染物，同时电池中的钴、铜、镍等重金属物质也会渗入到水和土壤中，给人们带来严重的生态环境安全隐患。为了促进动力锂电池产业的良性发展，必须对废旧锂电池进行回收和处理，一方面降低环境污染，另一方面减少矿产资源浪费。为此，加快动力锂电池的回收利用成为影响新能源产业发展的重要课题。
锂电池回收技术可分为湿法和火法两种，湿法是以无机或有机酸溶液浸取废旧电池中的金属成分，实现回收材料与有机物的分离，再以络合交换法、碱煮－酸溶法、酸溶－萃取－沉淀法等对金属材料加以回收，工艺不连续，无法循环利用，成本高，污染严重。火法主要是通过高温焚烧分解去除粘结剂、隔膜、电解液等有机物，实现锂电池组成材料间的分离，但经过高温燃烧，高纯度的金属铜箔铝箔也会氧化燃烧，造成大量的能耗损失，且焙烧过程中会分解产生含氟、含氯等有毒气体，给环境造成危害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池极片光催化降解装置，以解决现有技术在降解废旧的锂电池时成本高，对环境污染严重的技术问题；本发明的目的还在于提供一种成本低、降解效率高、对环境危害小的电池极片光催化降解设备。
为实现上述目的，本发明提供的电池极片光催化降解装置的技术方案是：电池极片光催化降解装置，包括用于盛放包含光催化剂和水的复合体系的降解容器以及用于在降解操作时放入降解容器内的极片固定架，极片固定架上设置有用于固定电池极片的固定结构；电池极片光催化降解装置还包括用于向复合体系中通入含氧气体的充氧管，充氧管上设置有用于与充氧设备相连的进气口以及用于没入复合体系中的出气口；电池极片光催化降解装置还包括用于对复合体系进行光照以使极片中的有机物发生降解的光源。
电池极片光催化降解装置的有益效果：本发明提供的电池极片光催化降解装置通过极片固定架上的固定结构将废旧电池的极片固定，然后一同放入盛有包含光催化剂和水的复合体系的降解容器中，并向复合体系中充入含氧气体以及对复合体系进行光照来将废旧电池的极片中的有机物进行降解。废旧电池的极片中的有机物可被降解矿化成二氧化碳、水及相应的离子，如SO4 2-、NO3 -、PO4 3-、Cl-等，整个降解过程工序简单，生产成本低，不产生有毒有害气体，对环境无不良影响，并且不会造成极片中集流体的氧化，便于集流体的回收利用。
进一步地，极片固定架为笼状架，极片固定架包括至少两个竖筋，所述固定结构为设置在各竖筋上的用于夹紧极片的固定夹。
有益效果：极片固定架做成笼状结构，在将其放入降解容器内时，便于复合体系充满固定架的内部，从而更方便降解反应的进行；固定夹的结构简单，便于设置和制造。
进一步地，所述竖筋设有至少三个且各竖筋以光源为中心呈圆周布置。
有益效果：竖筋以光源为中心呈圆周布置，即被夹持在竖筋上的固定夹中的废旧电池的极片也以光源为中心呈圆周分布，使各极片能够得到充分的光照。
进一步地，充氧管竖向固定在降解容器内，竖筋设有至少三个且各竖筋以充氧管轴线为中心呈圆周布置。
有益效果：竖筋以充氧管轴线为中心呈圆周布置，即被夹持在竖筋上的固定夹中的废旧电池的极片也以充氧管轴线为中心呈圆周分布，有利于各极片充分与含氧气体接触，从而有利于各极片中的有机物的降解。
进一步地，充氧管的底端固定在降解容器的底部，充氧管内设置有内管，内管和充氧管之间形成供含氧气体通过的环形空间，内管的底端封闭，所述光源设置在内管中。
有益效果：充氧管内设有内管，一方面可将光源设置在内管中以对整个复合体系提供光照，另一方面缩小了充氧管内的气体流通空间，使含氧气体仅从内管和充氧管之间形成的环形空间通过，提高了含氧气体的流通速度；整个充氧管能同时实现充含氧气体和提供光照，有利于电池极片中的有机物的降解。
进一步地，所述极片固定架还包括与竖筋固定相连且水平设置的环筋，所述固定夹穿设在竖筋上且支撑于环筋上。
有益效果：环筋与竖筋固定相连，能够增加极片固定架的结构强度，防止人工在将极片固定架放入降解容器中时发生散架；同时，固定夹穿设在竖筋上并支撑于环筋上，便于固定夹在竖筋上上下活动来调节对极片的夹紧位置，防止极片脱落。
进一步地，所述电池极片光催化降解装置还包括可旋转的托盘，所述降解容器固定在托盘上，托盘上连接有用于驱动托盘转动的驱动机构。
有益效果：降解容器可随着托盘的转动而发生随转，从而对复合体系有搅动作用，同时还能使复合体系充分得到光源的照射，加快了极片上有机物的降解。
进一步地，充氧管的进气口处连接有进气管，进气管远离进气口的一端设置有可360度旋转的旋转接头。
有益效果：由于充氧管竖向固定在降解容器内，降解容器发生旋转时，即充氧管也发生旋转，与充氧管上的进气口连通的进气管也随着充氧管的转动进行360度的旋转，旋转接头能使进气管在连通充氧设备的出气管时不会带动充氧设备的出气管一同旋转而使得充氧设备的出气管发生折断。
本发明提供的电池极片光催化降解设备的技术方案为：电池极片光催化降解设备，包括支撑台和设置在支撑台上的至少两个电池极片光催化降解装置，电池极片光催化降解装置包括用于盛放包含光催化剂和水的复合体系的降解容器以及用于在降解操作时放入降解容器内的极片固定架，极片固定架上设置有用于固定电池极片的固定结构，电池极片光催化降解装置还包括用于向复合体系中通入含氧气体的充氧管，充氧管上设置有用于与充氧设备相连的进气口以及用于没入复合体系中的出气口，电池极片光催化降解装置还包括用于对复合体系进行光照以使极片中的有机物发生降解的光源。
电池极片光催化降解设备的有益效果：本发明提供的电池极片光催化降解设备包括至少两个电池极片光催化降解装置，降解效率大大提高；电池极片光催化降解装置通过极片固定架上的固定结构将废旧电池的极片固定，然后一同放入盛有包含光催化剂和水的复合体系的降解容器中并向复合体系中充入含氧气体以及对复合体系进行光照来将废旧电池的极片中的有机物进行降解。废旧电池的极片中的有机物可被降解矿化成二氧化碳、水及相应的离子，如SO4 2-、NO3 -、PO4 3-、Cl-等，整个降解过程工序简单，生产成本低，不产生有毒有害气体，对环境无不良影响，并且不会造成极片中集流体的氧化，便于集流体的回收利用。
进一步地，极片固定架为笼状架，极片固定架包括至少两个竖筋，所述固定结构为设置在各竖筋上的用于夹紧极片的固定夹。
有益效果：极片固定架做成笼状结构，在将其放入降解容器内时，便于复合体系充满固定架的内部，从而更方便降解反应的进行；固定夹的结构简单，便于设置和制造。
进一步地，所述竖筋设有至少三个且各竖筋以光源为中心呈圆周布置。
有益效果：竖筋以光源为中心呈圆周布置，即被夹持在竖筋上的固定夹中的废旧电池的极片也以光源为中心呈圆周分布，使各极片能够得到充分的光照。
进一步地，充氧管竖向固定在降解容器内，竖筋设有至少三个且各竖筋以充氧管轴线为中心呈圆周布置。
有益效果：竖筋以充氧管轴线为中心呈圆周布置，即被夹持在竖筋上的固定夹中的废旧电池的极片也以充氧管轴线为中心呈圆周分布，有利于各极片充分与含氧气体接触，从而有利于各极片中的有机物的降解。
进一步地，充氧管的底端固定在降解容器的底部，充氧管内设置有内管，内管和充氧管之间形成供含氧气体通过的环形空间，内管的底端封闭，所述光源设置在内管中。
有益效果：充氧管内设有内管，一方面可将光源设置在内管中以对整个复合体系提供光照，另一方面缩小了充氧管内的气体流通空间，使含氧气体仅从内管和充氧管之间形成的环形空间通过，提高了含氧气体的流通速度；整个充氧管能同时实现充含氧气体和提供光照，有利于电池极片中的有机物的降解。
进一步地，所述极片固定架还包括与竖筋固定相连且水平设置的环筋，所述固定夹穿设在竖筋上且支撑于环筋上。
有益效果：环筋与竖筋固定相连，能够增加极片固定架的结构强度，防止人工在将极片固定架放入降解容器中时发生散架；同时，固定夹穿设在竖筋上并支撑于环筋上，便于固定夹在竖筋上上下活动来调节对极片的夹紧位置，防止极片脱落。
进一步地，所述电池极片光催化降解装置还包括可旋转的托盘，所述降解容器固定在托盘上，托盘上连接有用于驱动托盘转动的驱动机构。
有益效果：降解容器可随着托盘的转动而发生随转，从而对复合体系有搅动作用，同时还能使复合体系充分得到光源的照射，加快了极片上有机物的降解。
进一步地，充氧管的进气口处连接有进气管，进气管远离进气口的一端设置有可360度旋转的旋转接头。
有益效果：由于充氧管竖向固定在降解容器内，降解容器发生旋转时，即充氧管也发生旋转，与充氧管上的进气口连通的进气管也随着充氧管的转动进行360度的旋转，旋转接头能使进气管在连通充氧设备的出气管时不会带动充氧设备的出气管一同旋转而使得充氧设备的出气管发生折断。
进一步地，支撑台上于各电池极片光催化降解装置之间设有光源，降解容器由透明材质制成。
有益效果：支撑台上设置的光源能透过透明的降解容器照射在各个降解装置中的电池极片上，进一步为电池极片提供光照，使电池极片充分得到光照。
附图说明
图1为本发明提供的电池极片光催化降解设备在使用时的俯视图（包含电池极片）；
图2为本发明提供的电池极片光催化降解装置的主视图；
图3为本发明提供的电池极片光催化降解装置中的降解容器的主视图；
图4为本发明提供的电池极片光催化降解装置中的降解容器的俯视图；
图5为图3中充氧管的结构示意图（加上进气管和旋转接头）；
图6为本发明提供的电池极片光催化降解装置中极片固定架的主视图；
图7为本发明提供的电池极片光催化降解装置中极片固定架的俯视图；
图8为本发明提供的电池极片光催化降解装置中托盘的俯视图；
附图标记说明：1-电池极片光催化降解装置，2-降解容器，3-充氧管，4-极片固定架，5-小托盘，6-大托盘，7-第一柱状紫外光源，8-第二柱状紫外光源，9-竖筋，10-环筋，11-拉环，12-固定夹，13-电池极片，14-螺栓，15-进气口，16-进气管，17-出气口，18-第一管段，19-第二管段，20-螺栓孔，21-耳板，22-环形气体通道，23-内管，24-外管，25-旋转接头，26-安装孔，27-套管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明提供的电池极片光催化降解设备的具体实施例，如图1所示，包括支撑台和设置在支撑台上的三个电池极片光催化降解装置1，具体地，支撑台为可旋转的大托盘6，大托盘6上连接有用于驱动其转动的驱动机构，大托盘6的中心位置处设有套管27，套管27内装有第一柱状紫外光源7，本实施例中，套管27穿过大托盘6并与大托盘6间隙配合，以使得大托盘6转动时，第一柱状紫外光源7不动；上述三个电池极片光催化降解装置1沿第一柱状紫外光源7的周向均匀分布，以使各电池极片光催化降解装置1得到充分的光照。电池极片光催化降解装置1包括用于盛放包含光催化剂和水的复合体系的降解容器2以及用于在降解操作时放入降解容器2内的极片固定架4，还包括可旋转的小托盘5，小托盘5上连接有用于驱动其转动的驱动机构。
降解容器2为透明的圆筒状敞口的石英玻璃衬PFA容器，降解容器2如图3和图4所示，其下端的外圆周面上通过螺栓14固定设置有三个耳板21，三个耳板21沿降解容器2的周向均匀间隔分布，每一个耳板21均沿垂直降解容器2的轴线方向向外延伸；耳板21上设有螺栓孔20，小托盘5的底壁内表面边缘处对应设置有安装孔26，如图8所示，螺栓孔20和安装孔26处对应穿装有螺栓以将耳板21和小托盘5固定在一起，即实现降解容器2在小托盘5上的固定。
电池极片光催化降解装置1还包括用于向复合体系中通入含氧气体的充氧管3，如图3至如图5所示，充氧管3固定在降解容器2的中心位置处，充氧管3的底端固定在降解容器2的底部。充氧管3为可透过紫外光和阳光的透明状的环空两端封闭的筒状双层套管，包括外管24和内管23，内管23的顶端敞口、底端封闭，用以放置第二柱状紫外光源8，第二柱状紫外光源8发射紫外光，与阳光一同照射在复合体系中以使电池极片13中的有机物发生降解。在此需要说明，充氧管3的环空两端封闭指外管的顶端边沿与内管23的敞口边沿之间为封闭状态。外管24和内管23之间形成供含氧气体通过的环形气体通道22，环形气体通道22的顶端封闭，外管24的顶部侧壁上设置有与环形气体通道22连通的进气口15，外管24的底部侧壁上开设有与环形气体通道22连通的出气口17。当降解容器2中加入包含光催化剂和水的复合体系后，出气口17没入复合体系中。进气口15通过进气管16与充氧设备相连，进气管16包括与进气口15连接的第一管段18和用于与充氧设备连接的第二管段19。由于充氧管3竖向固定在降解容器2内，降解容器在小托盘5发生转动时能随其发生旋转，即此时充氧管3也发生旋转，与充氧管3上的进气口15连通的第一管段18也随着充氧管3的转动进行360度的旋转，为避免第二管段19在第一管段18转动时发生随转而折断，在第一管段18和第二管段19的连接处设有一个可360度旋转的旋转接头25。
电池极片光催化降解装置1还包括用于在降解操作时放入降解容器2内的极片固定架4，如图2、图6和图7所示，极片固定架4为笼状架，包括固定架本体和用于将固定架本体放入降解容器2或者从降解容器2中拉出的拉环11，固定架本体包括水平布置并沿上下方向依次排布的四个环筋10和若干个与环筋10相互焊接的竖筋9，拉环11设置在固定架本体一端的其中一个环筋10上。固定架本体上的竖筋9以第二柱状紫外光源8为中心呈圆周布置，也即以充氧管3的轴线为中心呈圆周布置，以使电池极片13得到更充分的光照和更充分的氧气。极片固定架4上设有用于固定电池极片13的固定结构，本实施例中，固定结构为设置在竖筋9上并支撑于环筋10上的固定夹12，固定夹12可沿竖筋9上下活动以调节对电池极片13的夹紧位置。
本实施例中，小托盘5和大托盘6共用一个驱动机构，驱动机构包括驱动电机，小托盘5和大托盘6的底部均设有齿轮，大托盘6底部的齿轮同时与三个小托盘5底部的齿轮啮合，通过驱动电机驱动大托盘6旋转，即能同时驱动三个小托盘5旋转，进而带动三个降解容器旋转。需要说明的是，大托盘6和三个小托盘5的旋转方向相反，以使每个电池极片光催化降解装置1所要降解的电池极片13能充分得到第一柱状紫外光源7的光照，并有利于复合体系的充分搅拌。
上述电池极片光催化降解设备在使用时有以下步骤：步骤一、废旧电池放电、拆解，去除隔膜，正负极片分开；步骤二、将拆解后的电池正极片放入极片固定架中用固定夹将其固定，然后将极片固定架放入降解容器中，加入去离子水，水的加入量控制在将电池极片完全淹没，温度为室温；步骤三、向步骤二所得到的溶液中加入如二氧化钛纳米颗粒这样的光催化剂，并控制加入量；步骤四、开启充氧设备、驱动电机和第一、第二柱状紫外光源的开关，通过进气管向步骤三所得到的溶液中充入氧气，并控制充气量，使整个降解容器处于太阳光和紫外光照射下，开始降解。
上述实施例中，充氧管的内管和外管的底端均封闭，在其他实施例中，充氧管可以做成内管和外管的底端均为敞口的结构或其中一个的底端为敞口的结构，此时敞口的边沿贴紧降解容器的底部而形成封闭状态；当充氧管的内管和外管的底端均为敞口结构时，也可以在敞口的底部设一块固定板，将充氧管贴设固定在该板上，并将固定板粘接在降解容器底部。
上述实施例中，充氧管为具有内管和外管的双层套管结构，此时能同时对电池极片进行充氧和提供光照，在其他实施例中，充氧管也可以仅具有外管，此时第二柱状紫外光源设置在整个电池极片光催化降解装置的正上方。
上述实施例中，充氧管固定在降解容器中，在其他实施例中，充氧管也可以不固定在降解容器中，而是固定在极片固定架上，将极片固定架放入降解容器中时，即将充氧管放入降解容器。
上述实施例中，第二柱状紫外光源设置在充氧管中，竖筋沿充氧管的轴线周向布置，即沿第二柱状紫外光源的中心呈圆周布置，在其他实施例中，第二柱状紫外光源和充氧管也可以相互分离，第二柱状紫外光源可以分散插在电池极片之间的间隙中。
上述实施例中，极片固定架为笼状架，在其他实施例中，极片固定架也可以做成长方体框架、立方体框架等多边形框架结构，或者极片固定架做成筒状结构，此时需要在筒壁上设置多个便于复合体系充满极片固定架内部的通孔。
上述实施例中，采用一个驱动电机同时驱动大托盘和小托盘转动的驱动形式，在其他实施例中，也可以采用大托盘和每个小托盘采用单独的驱动电机驱动的形式；当然电池极片光催化降解装置也可以不包括小托盘和驱动机构，即此时各降解装置均放置在大托盘上，只有大托盘旋转；或者大托盘不旋转，只有小托盘旋转；再或者大托盘和小托盘均不旋转。
上述实施例中，进气管的远离进气口的一端设置有可360度旋转的旋转接头，在其他实施例中，在大托盘和小托盘都不旋转的情况下，可以省去旋转接头。
上述实施例中，极片固定架还包括与竖筋固定相连且水平设置的环筋，固定夹穿设在竖筋上且支撑于环筋上，在其他实施例中，不管有没有设置环筋，固定夹都是固定在竖筋上，不能上下活动。
上述实施例中，充氧管内的环形气体通道顶端封闭，充氧管的内管顶端敞口，进气口设置在充氧管的顶部侧壁上，出气口设置在充氧管的底部侧壁上，在其他实施例中，充氧管的内管顶端可以不敞口，进气口也可以设置在充氧管的环空顶端的管壁上，出气口设置在充氧管中部侧壁上，只要保证出气口没过复合体系即可。
上述实施例中，光催化剂采用二氧化钛纳米颗粒，在其他实施例中，光催化剂也可以采用二氧化钛纳米管或加载纳米二氧化钛的负载型催化剂或WO3、Fe2O3、CdS、Ag3PO4、g-C3N4中的至少一种和/或至少一种改性后的复合光催化剂。
上述实施例中，含氧气体仅采用氧气，在其他实施例中，含氧气体也可以采用空气。
上述实施例中，光源采用柱状紫外光源和太阳光，在其他实施例中，也可以仅采用太阳光或仅采用紫外光源。
本发明提供的电池极片光催化降解装置的实施例，该实施例中的电池极片光催化降解装置的结构与上述实施例中电池极片光催化降解设备的每个电池极片光催化降解装置结构相同，在此不再一一赘述。

Claims (10)

1.电池极片光催化降解装置，其特征在于：包括用于盛放包含光催化剂和水的复合体系的降解容器以及用于在降解操作时放入降解容器内的极片固定架，极片固定架上设置有用于固定电池极片的固定结构；电池极片光催化降解装置还包括用于向复合体系中通入含氧气体的充氧管，充氧管上设置有用于与充氧设备相连的进气口以及用于没入复合体系中的出气口；电池极片光催化降解装置还包括用于对复合体系进行光照以使极片中的有机物发生降解的光源。
2.根据权利要求1所述的电池极片光催化降解装置，其特征在于：极片固定架为笼状架，极片固定架包括至少两个竖筋，所述固定结构为设置在各竖筋上的用于夹紧极片的固定夹。
3.根据权利要求2所述的电池极片光催化降解装置，其特征在于：所述竖筋设有至少三个且各竖筋以光源为中心呈圆周布置。
4.根据权利要求2所述的电池极片光催化降解装置，其特征在于：充氧管竖向固定在降解容器内，竖筋设有至少三个且各竖筋以充氧管轴线为中心呈圆周布置。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的电池极片光催化降解装置，其特征在于：充氧管的底端固定在降解容器的底部，充氧管内设置有内管，内管和充氧管之间形成供含氧气体通过的环形空间，内管的底端封闭，所述光源设置在内管中。
6.根据权利要求2~4任意一项所述的电池极片光催化降解装置，其特征在于：所述极片固定架还包括与竖筋固定相连且水平设置的环筋，所述固定夹穿设在竖筋上且支撑于环筋上。
7.根据权利要求1~4任意一项所述的电池极片光催化降解装置，其特征在于：所述电池极片光催化降解装置还包括可旋转的托盘，所述降解容器固定在托盘上，托盘上连接有用于驱动托盘转动的驱动机构。
8.根据权利要求7所述的电池极片光催化降解装置，其特征在于：充氧管的进气口处连接有进气管，进气管的远离进气口的一端设置有可360度旋转的旋转接头。
9.电池极片光催化降解设备，其特征在于：包括支撑台和设置在支撑台上的至少两个电池极片光催化降解装置，所述电池极片光催化降解装置为权利要求1-8任意一项权利要求所述的电池极片光催化降解装置。
10.根据权利要求9所述的电池极片光催化降解设备，其特征在于：支撑台上于各电池极片光催化降解装置之间设有光源，降解容器由透明材料制成。
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