CN111416169A - 一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置，包括依次连接的进气系统、固定反应釜、过滤装置、电解液收集釜和出气系统，所述出气系统出口返回连接至固定反应釜，所述固定反应釜内顶部设有进料装置，进料装置下连接有破碎装置，固定反应釜和过滤装置之间、过滤装置和电解液收集釜之间均设有启闭装置。本发明的装置旨在带电破碎拆解废旧动力锂电池的同时回收其中的电解液，一方面废旧动力锂电池不需要经过放电预处理，另一方面电解液得到有效回收，减少了有毒气体的排放，整个装置及工艺流程简单，易于规模化生产，回收后的电解液可重新被利用，大大提高了电解液回收的效率，实现了废弃物的资源化、高值化利用。

Description

一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置
技术领域
本发明属于废旧动力锂电池资源循环利用技术领域，特别是涉及一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置。
背景技术
近年来，随着化石燃料的日益消耗以及人们环保意识的逐渐增强，化学电源作为替代能源已经被广泛应用，尤其是在电动汽车领域方面的应用。随着电动汽车市场规模逐渐增大，由于锂离子动力电池的使用寿命问题，随之而来的是锂离子动力电池进入大规模报废阶段。据预测，到2020年废旧锂离子动力电池的回收价值将达到136亿元，2023年将达到311亿元。如果废旧锂离子动力电池能得到合理回收利用，将实现有价金属资源可持续发展，降低电动汽车成本，进一步推动电动汽车发展。
锂离子电池主要由外壳、正极材料、负极材料、集流体、隔膜和电解液组成，许多都是值得回收的有价成分，如不对其进行破碎拆解，无法回收废旧电池中的有价材料及成分。电池中电解液所占成本比例约为12％，由于我国电解液的生产能力不足以及高纯锂盐的生产技术被日本企业所垄断，因此电解液的利润较高，可达到40％，是所有锂离子电池材料成本中盈利能力较强的成分之一。目前，国内废旧动力锂电池回收行业还处于起步摸索阶段，动力电池自动化拆解程度低，主要依靠人工拆解，电池保护外壳与电池基体分离不当时，会造成电池短路起火甚至爆炸。
另外，废旧锂电池盐水放电预处理过程中不可避免会发生电解液泄漏，比如电解液中的LiPF6会泄漏到水中，遇水会分解产生腐蚀性的HF，产生大量有毒废水。电池分离过程中也会产生有毒气体和液体，强腐蚀性的电解液中含有毒有害及易燃性物质且会产生有毒气体，极易对环境产生污染以及对人体造成重大伤害，电解液中有机溶剂碳酸乙烯酯，碳酸甲乙酯等在自然界中难以降解，自身水解过程中会产生甲酸、甲醇以及二甲氧基乙烷等对水源、大气和土壤造成严重污染的有毒有害物质。
虽然废旧锂离子电池的回收技术在不断完善，规范化的电池回收企业正在逐步形成，但大多以回收电池材料为主，忽视电池高效破碎及电解液的处理和回收工作。究其原因，主要是回收技术难度大，回收成本高，针对上述情况，开发一种简单、有效、成本低廉、工艺完善的锂离子电池电解液的回收装置迫在眉睫。
发明内容
针对传统工艺的不足，本发明提供一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置，旨在带电破碎拆解废旧动力锂电池的同时回收其中的电解液，一方面废旧动力锂电池不需要经过放电预处理，另一方面电解液得到有效回收，减少了有毒气体的排放。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置，包括依次连接的进气系统、固定反应釜、过滤装置、电解液收集釜和出气系统，所述出气系统出口返回连接至固定反应釜，所述固定反应釜内顶部设有进料装置，进料装置下连接有破碎装置，固定反应釜和过滤装置之间、过滤装置和电解液收集釜之间均设有启闭装置。
优选的，所述进气系统包括惰性气源、进气阀和进气机，所述进气机出口与固定反应釜的气体进口相连，用于提供惰性气体和调整固定反应釜内压力。
优选的，所述进料装置为倾斜式进料斗，倾斜角度为45°，进料斗上方可拆卸设置有一块进料板，当进料时，进料板打开；进料完毕后，进料板关闭，用于保持固定反应釜密封环境。
优选的，所述破碎装置为对辊剪切机，用于对进料装置来的混合料进行破碎。
优选的，所述过滤装置为配有滤膜的负压抽滤机，滤膜孔径为0.3-1.5μm，启闭装置为可升降自动挡板或单向控制阀，通过启闭装置的调节，固定反应釜内收集的混合液体经过滤装置过滤后转移至电解液收集釜。
优选的，所述出气系统包括出气阀和抽气机，抽气机出口返回连接至固定反应釜，用于控制出气量和电解液收集釜内压力，使得混合液体中的二氧化碳挥发为气体后与惰性气体循环至固定反应釜内，剩余液体即为再生电解液。
优选的，所述固定反应釜和电解液收集釜侧壁均设有压力表和温度表，并与温压控制系统连接，实现自动化控制。
相对于现有技术，本发明的优势在于：
废旧动力锂电池不需要经过放电处理，在惰性气体保护气氛下采用干冰与废旧动力锂电池混合拆解，不仅吸收了废旧电池拆解过程中产生的大量热量，而且防止了电解液在空气中遇水分解产生有毒气体，降低了环境污染；相对于其它流体来说，CO2具有储量丰富、容易获得、价格便宜、性质稳定、无毒和不易燃等特性，特别适用于提取挥发性和热敏性物质，特别是在锂离子电池电解液的提取中可以有效地防止热敏性锂盐(LiPF6)的分解，最大限度的保留电解液功能性组分和防止挥发性有机溶剂的逸散；整个装置及工艺流程简单，易于规模化生产，回收后的电解液可重新被利用，大大提高了电解液回收的效率，实现了废弃物的资源化、高值化利用。
附图说明
图1为实施例1中的一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置的结构示意图；
其中：11、惰性气源，12、进气阀，13、进气机，2、固定反应釜，3、负压抽滤机，4、电解液收集釜，51、出气阀，52、抽气机，61、进料板，62、进料斗，7、对辊剪切机，81、1#自动挡板，82、2#自动挡板，9、废旧动力锂电池，10、干冰。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其实实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
实施例1
如图1所示，为本发明一种优选的废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置，包括依次连接的进气系统、固定反应釜2、过滤装置、电解液收集釜4和出气系统。
进气系统包括惰性气源11、进气阀12和进气机13，惰性气源11提供的惰性气体经进气阀12、进气机13进入固定反应釜内，用于提供惰性气氛和调整固定反应釜内压力。
固定反应釜2为全密封装置，内壁涂有耐氟材料，防止电解液腐蚀，固定反应釜内顶部设有倾斜式进料斗62，倾斜角度为45°，进料斗62上方可拆卸设置有一块进料板61，当废旧动力锂电池9(如钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂电池中的至少一种，其无需经过放电预处理)和干冰10按照质量比为1：1～10混合进料时，进料板61打开；混合进料完毕后，进料板61关闭，用于保持固定反应釜2密封环境。进料斗62下方垂直连接有对辊剪切机7，用于对混合料进行破碎。
混合料通过进料斗62进入对辊剪切机7，经破碎后调整固定反应釜2内温度为40-60℃，压力为10-40MPa，30-90min后在固定反应釜2底部收集得到混合液体。
过滤装置为配有滤膜的负压抽滤机3，滤膜孔径为0.3-1.5μm，固定反应釜2和负压抽滤机3之间设有可升降的1#自动挡板81，固定反应釜2底部收集的混合液体通过1#自动挡板81调节后，经负压抽滤机3过滤。
电解液收集釜4为全密封装置，内壁涂有耐氟材料，防止电解液腐蚀，负压抽滤机3和电解液收集釜4之间设有可升降的2#自动挡板82，混合液体过滤后通过2#自动挡板82调节转移至电解液收集釜4内，调整电解液收集釜4内温度为20-30℃，压力为0.1-0.5MPa，使得二氧化碳恢复气体状态，实现电解液与二氧化碳的气液分离，剩余液体为再生电解液，干燥密封保存。
出气系统包括出气阀51和抽气机52，抽气机52出口返回连接至固定反应釜2，用于控制出气量和电解液收集釜4内压力，电解液收集釜4内分离的二氧化碳和和惰性气体可返回到固定反应釜2中继续使用。
固定反应釜2和电解液收集釜4侧壁均设有压力表和温度表，并与温压控制系统连接，实现自动化控制。
为了使本发明的目的和优点能进一步让人理解，以下结合本实施例中的废旧动力锂电池电解液回收装置的两个具体应用实例进行详细的说明。
实例1
结合图1所示装置，利用其进行废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收，具体过程如下：
首先，打开进料板，将不经过放电预处理的废旧动力LiCoO2电池与干冰以质量比1：2混合加入进料斗中，加料完毕后关闭进料板，同时升起1#自动挡板和2#自动挡板，打开出气阀和抽气机，此时固定反应釜及电解液收集釜为全密封状态；
惰性气源为氩气，打开进气阀和进气机，通入一段时间后关闭进气机、抽气机、进气阀和出气阀以及1#自动挡板和2#自动挡板，此时固定反应釜内充满氩气；
开启对辊剪切机开始破碎，破碎完毕后调整固定反应釜的温度为40℃，打开进气阀调整固定反应釜压力为30MPa，90min后收集得到混合液体，此时废旧电池破碎料与电解液混合在一起；
缓慢打开1#自动挡板和2#自动挡板，负压抽滤机中滤膜孔径为0.45μm，利用压力差将混合液体过滤转移至电解液收集釜中，过滤完毕后关闭1#自动挡板和2#自动挡板，此时电解液和二氧化碳混在一起；
缓慢打开出气阀和抽气机，调节电解液收集釜的温度为20℃，压力为0.1MPa，使得二氧化碳恢复气体状态，实现再生电解液与二氧化碳的气液分离，分离后的CO2气体和氩气可返回到固定反应釜中继续使用，得到的再生电解液干燥密封保存。
实例2
结合图1所示装置，利用其进行废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收，具体过程如下：
首先，打开进料板，将不经过放电预处理的废旧动力LiNixCoyMnzO2电池与干冰以质量比1：8混合加入进料斗中，加料完毕后关闭进料板，同时升起1#自动挡板和2#自动挡板，打开出气阀和抽气机，此时固定反应釜及电解液收集釜为全密封状态；
惰性气源为氮气，打开进气阀和进气机，通入一段时间后关闭进气机、抽气机、进气阀和出气阀以及1#自动挡板和2#自动挡板，此时固定反应釜内充满氮气；
开启对辊剪切机开始破碎，破碎完毕后调整固定反应釜的温度为50℃，打开进气阀调整固定反应釜压力为30MPa，60min后收集得到混合液体，此时废旧电池破碎料与电解液混合在一起；
缓慢打开1#自动挡板和2#自动挡板，负压抽滤机中滤膜孔径为0.65μm，利用压力差将混合液体过滤转移至电解液收集釜中，过滤完毕后关闭1#自动挡板和2#自动挡板，此时电解液和二氧化碳混在一起；
缓慢打开出气阀和抽气机，调节电解液收集釜的温度为30℃，压力为0.3MPa，使得二氧化碳恢复气体状态，实现再生电解液与二氧化碳的气液分离，分离后的CO2气体和氩气可返回到固定反应釜中继续使用，得到的再生电解液干燥密封保存。

Claims (7)

1.一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置，其特征在于：包括依次连接的进气系统、固定反应釜、过滤装置、电解液收集釜和出气系统，所述出气系统出口返回连接至固定反应釜，所述固定反应釜内顶部设有进料装置，进料装置下连接有破碎装置，固定反应釜和过滤装置之间、过滤装置和电解液收集釜之间均设有启闭装置。
2.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置，其特征在于：所述进气系统包括惰性气源、进气阀和进气机，所述进气机出口与固定反应釜的气体进口相连，用于提供惰性气体和调整固定反应釜内压力。
3.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置，其特征在于：所述进料装置为倾斜式进料斗，倾斜角度为45°，进料斗上方可拆卸设置有一块进料板。
4.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置，其特征在于：所述破碎装置为对辊剪切机。
5.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置，其特征在于：所述过滤装置为配有滤膜的负压抽滤机，滤膜孔径为0.3-1.5μm，启闭装置为可升降自动挡板或单向控制阀。
6.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置，其特征在于：所述出气系统包括出气阀和抽气机，抽气机出口返回连接至固定反应釜，用于控制出气量和电解液收集釜内压力。
7.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池带电破碎及电解液回收的装置，其特征在于：所述固定反应釜和电解液收集釜侧壁均设有压力表和温度表，并与温压控制系统连接，实现自动化控制。
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