CN111525209B - 一种动力锂电池的回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种动力锂电池的回收方法,包括以下工艺流程:S1预处理及初级分选:将电池模块预处理,然后利用气流对预处理产生的重物料和轻物料进行初级分选;S2精处理及多重筛分:将初级分选后的所述重物料进行精细化处理,从中分离得到Fe物料、厚塑料、Al外壳、Cu极柱、Al箔、Cu箔、Al粒和正极粉;S3气体及微细粉末处理:将精处理过程中产生的气体及微细粉末进一步处理,其中黑粉进行收集,气体经处理后排出。本发明全程机械化操作,无需人工参与,得到的粉料产品正负极料区分彻底,且不含Cu、Al杂质。电芯内部的电解液等有机物和尾气均进行处理,不会造成环境的二次污染。

Description

一种动力锂电池的回收方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车退役的废旧锂电池回收技术领域,尤其是涉及一种动力锂电池的回收方法。
背景技术
2018年我国动力锂电池迎来第一波退役高峰,理论退役量将达6.6GWh。从历年新能源汽车销量看,到2020年的动力锂电池理论退役量将达32GWh;预计到2030年动力锂电池理论退役量将达到101GWh、重量约156万吨。动力锂电池由正极、负极、隔膜和电解液构成,以三元电池为例,正极片上的正极材料含有Ni,Co,Li和Mn等多种金属元素;负极片上主要是碳,隔膜一般是PP或PE材料制成,而电解液一般由高纯度六氟磷酸锂盐(LiPF6)溶解于碳酸酯类有机溶剂中配制而成。目前我国用于正极材料的Co和Li大多依赖进口,每年消耗巨额外汇,回收再利用锂电池迫在眉睫,既可实现有用金属的循环利用,又可减少因堆砌、填埋废弃电池而占用土地资源,重要的是可以减少Ni,Co和Mn等重金属对土壤和地下水资源的污染。
新能源汽车动力锂电池退役后经检测符合梯级利用标准时进入梯级利用环节,否则直接进入再生利用流程。锂电池放电至安全电压以下后进入拆解工序,从电池包依次拆解成模组和单体电芯,单体电芯经破碎分选后得到正负极混合粉料用于后续冶金处理,进一步提纯后最终得到电池级原材料,返回至电池制造业,实现电池产业的绿色循环。
现有废旧锂电池回收工艺在动力锂电池再生利用中应用许多,但是仍存在一些缺点:1)现有工艺技术需要把电池包拆解成最小单元即单体电芯,再采用破碎分选工艺进行回收,但在模组拆解成单体电芯过程中需要大量人工,将模组切割成单个电芯,劳动强度大,工作效率低,施工时产生粉尘,过度切割还会导致电解液泄露释放刺激性气体,危害人身健康;此外,现有拆解产线对不同规格模组的适应性差;2)现有某工艺技术得到的粉料产品是正负极混合料,含有Cu、Al杂质,尤其是杂质Al会影响浸出后的过滤效果,降低有用金属的回收率;3)现有某工艺技术将单体电芯直接破碎分选,电芯内部的电解液等有机物没有任何处理措施,增加了尾气处理的难度和处理成本,甚至无法达标排放造成环境二次污染,而且最终的黑粉产品因黏附粘接剂无法与浸出药剂充分反应,大大降低浸出效果;4)现有某工艺技术将单体电芯先高温热解后破碎分选,该工艺需要更大规格的热解炉,造成设备投资和能耗增加,同时将隔膜、硬质塑料一起热解处理,增大尾气的处理难度,乃至增加二恶英的产生概率。
发明内容
本发明致力于解决现有废旧锂电池回收工艺存在的问题,对锂电池模块放电后破碎处理,省去模块拆解环节,减少人工参与度,有序分离隔膜、塑料等杂质,采用物理法提前回收负极材料,避免正负极材料混合细碎,实现各物料应收尽收,增加正极材料的回收率。对电池中的电解液和粘接剂等有机物集中处理,同时在高温热解作业前分离隔膜、塑料等杂质,源头上降低二恶英产生概率,收集处理焦油等有机物,降低尾气中有机物含量,降低处理难度,提高达标排放率。
本发明提供一种动力锂电池的回收方法,包括以下工艺流程:
S1预处理及初级分选:将电池模块预处理,然后利用气流对预处理产生的重物料和轻物料进行初级分选;
S2精处理及多重筛分:将初级分选后的所述重物料进行精细化处理,从中分离得到Fe物料、厚塑料、Al外壳、Cu极柱、Al箔、Cu箔、Al粒和正极粉;
S3气体及微细粉末处理:将精处理过程中产生的气体及微细粉末进一步处理,其中黑粉进行收集,气体经处理后排出。
优选的,将所述S1预处理及初级分选中产生的所述轻物料进一步处理,直至正负极粉与隔膜分离。
优选的,所述S1预处理及初级分选包括以下工序:
S11放电:所述电池模块经皮带输送系统有序送入放电系统,直至所述电池模块放电至安全电压以下;
S12物料烘干:对放电完成后的所述电池模块表面烘干处理;
S13多级破碎:烘干后的所述电池模块经所述皮带输送系统送入多级破碎装置,直至被破碎成为小尺寸物料;
S14搅拌打散:多级破碎后的小尺寸物料经输送机构送至搅拌打散作业,将成沓、缠绕的物料进一步搅拌、打散;
S15低温烘干:利用低温烘干装置去除经搅拌打散后物料上的电解液,同时利用负压引风装置提供真空、少氧环境;
S16气流分选:利用气流风选机将经低温烘干后的物料通过气流分选,将所述轻物料和所述重物料分离。
优选的,所述S2精处理及多重筛分包括以下工序:
S21除铁:利用除铁装置去除物料中的铁物和/或铁屑;
S22一级涡流分选:除铁后的物料均匀进入涡流分选机中,通过涡流分选实现有色金属和非金属物分离,去除厚塑料,如硬质塑料壳和塑料板;
S23二级涡流分选:进一步通过涡流分选将大块的Al外壳、Cu极柱、Al块与小尺寸的正负极集流体分离;
S24三级涡流分选:再次通过涡流分选工艺将正极集流体Al箔和负极集流体Cu箔分离;
S25一级振动筛分:Cu箔和少量已脱落正负粉一起进入振动筛进行分级,通过多层不同尺寸筛孔的筛网将正负极粉从Cu箔中有效分离;
S26高温热解:经S24三级涡流分选分离出的Al箔及粘附在Al箔上的正极材料以及经S25一级振动筛分筛出的正负极粉进入真空反应设备中,通过高温使正极材料与Al箔之间的粘接剂炭化,同时利用负压引风装置提供真空、少氧环境;
S27缓冷降温:对高温热解后的物料降温处理;
S28烟气冷凝:将高温热解产生的高温烟气通入冷却器中冷凝并把气体中的有机物收集后单独处理或再生利用;
S29细碎:缓冷降温后的物料经输送机构送入细碎作业,在细碎过程中利用负压引风装置提供负压气流,使正极材料不断从Al箔上脱落,而Al箔在细碎过程中形成球状颗粒;
S210一级旋风分离:利用旋风分离器将经细碎处理后排出的球状Al粒、正极粉和气体、微细正极粉进行分离,利用气固混合物作高速旋转时所产生的离心力,将固体颗粒从气流中分离出来;
S211二级振动筛分:旋风分离后的固体颗粒进入振动筛进行分级,通过多层不同尺寸筛孔的筛网实现Al粒和正极粉的有效分离;
S212一级脉冲除尘:旋风分离后的气流通入脉冲除尘装置,并且利用负压引风装置提供负压气流,将气流中的气体及微细正极粉进行收集处理。
优选的,所述S3气体及微细粉末处理包括以下工序:
S31二级脉冲除尘:利用脉冲除尘装置,将S2精处理及多重筛分步骤中产生的气体及微细粉末进行分离,其中粉末收集处理;
S32活性炭吸附:将分离后的气体通入活性炭吸附装置,气体中残存的少量有机物被活性炭吸附去除;
S33碱液喷淋:将经过活性炭吸附处理后的气体通入喷淋装置,与碱性液体发生中和反应,从而去除气体中的少量酸性物;
S34汽水分离:将碱液喷淋工序净化后的含水雾气体抽出送至汽水分离装置,气体在流动中突然改变方向,将气流中含有的水滴分离出来,将气体外排。
优选的,对经S1预处理及初级分选产生的所述轻物料进一步处理,包括以下工序:
S17二级旋风分离:利用旋风分离器集中处理S1预处理及初级分选中产生所述轻物料,包括隔膜、气体、正负极粉和粉尘,利用气固混合物作高速旋转时所产生的离心力,将大片隔膜和正负极粉从气流中分离出来;
S18三级振动筛分:通过设置多层不同尺寸筛孔的筛网实现大片隔膜和正负极粉末的有效分离。
优选的,经S17二级旋风分离出的气体和微细粉末,再进行S3气体及微细粉末处理的工艺。
优选的,在S11放电工序中,采用液态介质放电,液态介质为硫酸钠、硫酸铜或硫酸锌中的一种或几种;所述液态介质浓度为2%-20%;放电时间为12-72小时;所述电池模块放电后的电压为1V-4V。
优选的,在S15低温烘干工序中采用间接加热方式,加热温度为70℃-140℃,所述低温烘干装置可采用耙式真空干燥机、螺旋管干燥机或回转干燥机。
优选的,在S16气流分选工序中,气流速度为1.5m/s-3m/s;入料尺寸为20mm-50mm,气流分选可采用卧式风力风选机或立式风力风选机。
优选的,S22-S24涡流分选工序中需要的场强不低于5000Gs,所述滚筒式涡流分选机的转速在0-3500rpm间可调。
优选的,在S26高温热解工序中的所述真空反应设备中真空压力小于400Pa,或填充氮气、二氧化碳保护气体,气体含量不低于95%;热解温度300℃-600℃,加热时间为0.5小时-2小时。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:可对锂电池模块直接破碎分选,无需人工拆解成单体电芯。采用涡流分选工艺实现负极集流体与正极集流体、Al壳及硬质塑料的分离,可以得到较纯净的正极粉料。对电池所含电解液及粘接剂蒸发炭化处理,降低尾气处理系统中有机物含量,降低二恶英的形成概率,增大了尾气达标排放率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种动力锂电池回收方法工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语"第一"、"第二"仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中,"多个"的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。此外,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种动力锂电池的回收工艺,包括以下工艺流程:
S1预处理及初级分选:将电池模块预处理,然后利用气流对预处理产生的重物料和轻物料进行初级分选;
S2精处理及多重筛分:将初级分选后的重物料进行精细化处理,从中分离得到Fe物料、厚塑料、Al外壳、Cu极柱、Al箔、Cu箔、Al粒和正极粉;
S3气体及微细粉末处理:将精处理过程中产生的气体及微细粉末进一步处理,其中黑粉进行收集,气体经处理后排出。
在一个更优选的实施例中,将S1预处理及初级分选中产生的轻物料进一步处理,直至正负极粉与隔膜分离。
在一个更优选的实施例中,S1预处理及初级分选包括以下工序:
S11放电:电池模块经皮带输送系统有序送入放电系统,直至电池模块放电至安全电压以下;放电系统全程密闭,放电过程中产生的气体送至尾气处理系统处置后排放;放电过程所需的液态介质定期与外部存储的介质交换,保证液态介质的浓度和杂质量处于合适的范围内。
S12物料烘干:对放电完成后的所述电池模块表面烘干处理;避免液态导电介质进入后续的破碎环节,同时降低液态介质的损耗,物料烘干作业可采用滚筒烘干机或回转干燥机。
S13多级破碎:烘干后的电池模块经皮带输送系统送入多级破碎装置,直至被破碎成为小尺寸物料。
S14搅拌打散:多级破碎后的小尺寸物料经输送机构送至搅拌打散作业,将成沓、缠绕的物料进一步搅拌、打散;使得硬质塑料、正负极集流体、隔膜、Al外壳等彻底分开,不缠绕、包裹在一起,便于提高后续烘干效率和高效分选。
S15低温烘干:利用低温烘干装置去除经搅拌打散后物料上的电解液,同时利用负压引风装置提供真空、少氧环境;锂电池中的电解液一般由高纯度六氟磷酸锂(LiPF6)盐溶解于碳酸酯类有机溶剂中配制而成,LiPF6暴露在空气中由于水蒸气的作用而迅速分解,放出PF5而产生刺激性的HF烟雾,腐蚀性强,对人体危害极大。碳酸酯类有机溶剂,易燃易挥发且刺激人体器官。该工序旨在去除大部分的电解液,降低对人体的危害,同时烘干后的物料更易于在风力分选中分离。低温烘干装置可采用耙式真空干燥机、螺旋管干燥机或回转干燥机等。负压引风装置需选用真空泵。
S16气流分选:利用气流风选机将经低温烘干后的物料通过气流分选,将轻物料和重物料分离。轻物料包括少量的正负极粉末和隔膜;重物料是除轻物料外的其它碎物,包括硬质塑料块、Al块、Al壳、Cu极柱及正负极集流体等。气流分选作业可采用卧式风力风选机(如卧式气流筛)或立式风力风选机(如锯齿型风力分选机或圆柱式风力分选机)等。
在一个更优选的实施例中,S2精处理及多重筛分包括以下工序:
S21除铁:利用除铁装置去除物料中的铁物和/或铁屑,为后续的涡流分选作业提供无铁磁性物料,避免铁磁性物质损害涡流分选设备。除铁工序可采用电磁除铁器、永磁除铁器或磁滚筒,除铁工序根据实际需要设置为一段或多段。
S22一级涡流分选:除铁后的物料均匀进入涡流分选机中,通过涡流分选实现有色金属和非金属物分离,去除厚塑料,如硬质塑料壳和塑料板;涡流分选作业可采用直线电动机式涡流分选机、倾斜式涡流分选机或滚筒式涡流分选机。
S23二级涡流分选:进一步通过涡流分选将大块的Al壳、Cu极柱、Al块与小尺寸的正负极集流体分离;Al壳、Cu极柱和Al块作为半成品打包销售,正负极集流体进入下一分选工序。
S24三级涡流分选:再次通过涡流分选工艺将正极集流体Al箔和负极集流体Cu箔分离;
S25一级振动筛分:Cu箔和少量已脱落正负粉一起进入振动筛进行分级,通过多层不同尺寸筛孔的筛网将正负极粉从Cu箔中有效分离;筛上物为不同尺寸的Cu箔,筛下物为电池模块中有用金属物料即正负极粉末,与现有工艺技术得到的粉料相比含Cu更少,物料纯度高。可根据破碎后物料尺寸选用单层筛或者多层筛,如直线振动筛、圆形旋振筛或圆形摇摆筛等装置。
S26高温热解:经S24三级涡流分选分离出的Al箔及粘附在Al箔上的正极材料以及经S25一级振动筛分筛出的正负极粉进入真空反应设备中,通过高温使正极材料与Al箔之间的粘接剂炭化,同时利用负压引风装置提供真空、少氧环境。正极材料通过粘结剂均匀涂布在几十微米厚的Al箔上,锂电池常用的粘接剂是聚偏氟乙烯(PVDF)。通过高温热解使粘接剂炭化,失去粘接效果,有利于正极材料与Al箔的分离。热解时为了降低二恶英的产生概率,提高粘结剂炭化效果,需在无氧或真空环境下实施,可显著降低尾气处理的难度,避免对环境造成二次污染。高温热解作业需采用真空反应设备,如密闭回转窑。负压引风装置需选用真空泵。
S27缓冷降温:对高温热解后的物料降温处理,避免高温物料对后续设备中运转部件及密封元件等造成伤害,降低元件的使用寿命和可靠性。缓冷降温装置可采用转筒式冷却机。
S28烟气冷凝:将高温热解产生的高温烟气通入冷却器中冷凝并把气体中的有机物收集后单独处理或再生利用。低温烘干后的气体温度接近100°C,而高温热解后的气体温度高达数百摄氏度,气体中含有大量的有机气体,进入后续的尾气处理系统会增加尾气的净化难度,实现气体达标排放的成本高昂,甚至会造成环境的二次污染。将高温烟气冷凝并把气体中的有机物收集后单独处理或再生利用,可大大降低环境二次污染的概率。此外,烟气温度相对较高时直接排放会带走大量的热能,白白浪费,而烟气冷凝过程中冷却介质水或空气吸热后可用于厂房供暖、低温烘干、洗浴用水等,从而实现热能回收再用。烟气冷凝作业一般用水冷式、风冷式冷却器,冷却器的形式有板式或者管壳式换热器。
S29细碎:缓冷降温后的物料经输送机构送入细碎作业,在细碎过程中利用负压引风装置提供负压气流,使正极材料不断从Al箔上脱落,而Al箔在细碎过程中形成球状颗粒;物料间、物料和转子接触面以及物料与破碎腔的内壁间相互碰撞、摩擦,使正极材料不断从铝箔上脱落,而柔韧性、延展性较好的Al箔在互相碰撞、摩擦过程中形成球团状颗粒。负压引风装置可选用工业型离心通风机。
S210一级旋风分离:利用旋风分离器将经细碎处理后排出的球状Al粒、正极粉和气体、微细正极粉进行分离,利用气固混合物作高速旋转时所产生的离心力,将固体颗粒从气流中分离出来;
S211二级振动筛分:旋风分离后的固体颗粒进入振动筛进行分级,通过多层不同尺寸筛孔的筛网实现Al粒和正极粉的有效分离;筛上物为不同尺寸的Al粒,筛下物为电池模块中有用金属物料即正极粉末,与现有工艺技术得到的粉料相比杂质含量更少,纯度高。二级振动筛分可根据破碎后物料尺寸选用单层筛或者多层筛,如直线振动筛、圆形旋振筛或圆形摇摆筛等装置。
S212一级脉冲除尘:旋风分离后的气流通入脉冲除尘装置,并且利用负压引风装置提供负压气流,将气流中的气体及微细正极粉进行收集处理。含尘气体由进风道进入灰斗,粗尘粒直接落入灰斗底部,细尘粒随气流转折向上进入中、下箱体,粉尘积附在滤袋外表面,过滤后的气体进入上箱体至净气集合管-排风道,经后续的尾气处理系统净化后排至大气中,收集的粉尘主要是正极粉末。脉冲除尘装置一般选用脉冲布袋除尘器。负压引风装置可选用工业型离心通风机。
在一个更优选的实施例中,S3气体及微细粉末处理包括以下工序:
S31二级脉冲除尘:利用脉冲除尘装置,将S2精处理及多重筛分步骤中产生的气体及微细粉末进行分离,其中粉末收集处理;含尘气体由进风道进入灰斗,粗尘粒直接落入灰斗底部,细尘粒随气流转折向上进入中、下箱体,粉尘积附在滤袋外表面,过滤后的气体进入上箱体至净气集合管-排风道,经后续的尾气处理系统净化后排至大气中。收集的粉尘主要是正负极粉末,即黑粉混合料。脉冲除尘装置一般选用脉冲布袋除尘器。
S32活性炭吸附:将分离后的气体通入活性炭吸附装置,气体中残存的少量有机物被活性炭吸附去除;利用活性炭的微孔结构产生的引力作用,将分布在气相中的有机物分子或分子团进行吸附,吸附后的有机溶剂油气相变成液体聚集在活性炭的微孔内,从而达到去除气体中有机成分的效果。活性炭使用一段时间后,吸附了大量的吸附质,逐步趋向饱和,丧失了工作能力,严重时将穿透滤层,因此应进行活性炭的再生或更换。活性炭吸附装置一般是活性炭吸附塔。
S33碱液喷淋:将经过活性炭吸附处理后的气体通入喷淋装置,与碱性液体发生中和反应,从而去除气体中的少量酸性物。电池中电解液的挥发物遇水或空气而产生HF气体,酸性气体无法被活性炭吸附。气体经过碱液喷淋作业的喷淋层时与碱性液体发生中和反应,从而去除气体中的酸性物。碱液喷淋作业一般采用喷淋塔或洗涤塔等装置。
S34汽水分离:将碱液喷淋工序净化后的含水雾气体抽出送至汽水分离装置,气体在流动中突然改变方向,将气流中含有的水滴分离出来,分离出来的碱性液体再返回碱液喷淋作业中循环使用,而净化后的干燥气体被排出。汽水分离作业一般有挡板式、汽旋式和吸附式分离器。
在一个更优选的实施例中,对经S1预处理及初级分选产生的轻物料进一步处理,包括以下工序:
S17二级旋风分离:利用旋风分离器集中处理S1预处理及初级分选中产生所述轻物料,包括隔膜、气体、正负极粉和粉尘,利用气固混合物作高速旋转时所产生的离心力,将大片隔膜和正负极粉从气流中分离出来。
S18三级振动筛分:通过设置多层不同尺寸筛孔的筛网实现大片隔膜和正负极粉末的有效分离;筛上物为不同尺寸的片状隔膜,筛下物为正负极粉末,即黑粉混合料。可根据物料尺寸选用单层筛或者多层筛,如直线振动筛、圆形旋振筛或圆形摇摆筛等装置。
在一个更优选的实施例中,经S17二级旋风分离出的气体和微细粉末,再进行S3气体及微细粉末处理的工艺。
在一个更优选的实施例中,在S11放电工序中,采用液态介质放电,液态介质为硫酸钠、硫酸铜或硫酸锌中的一种或几种;所述液态介质浓度为2%-20%;放电时间为12-72小时,优选放电时间是12-24小时;所述电池模块放电后的电压为1V-4V。
在一个更优选的实施例中,在S12物料烘干工序中采用滚筒烘干机或回转干燥机,加热烘干温度为20℃-50℃,优选加热烘干温度为30℃。
在一个更优选的实施例中,在S13多级破碎工序中采用的多级破碎装置有两级,第一级破碎装置为双轴破碎机,通过低速大扭矩咬合剪切作用将大模块破碎成较小物料,粒度小于筛网孔径的物料进入第二级破碎装置,第二级破碎装置为高速单轴锤刀破碎机或矩形刀转子破碎机,将物料尺寸进一步减小后经筛网和卸料器排出。第一级低速双轴破碎机底部筛网筛孔尺寸为50mm-80mm,优选的第一级低速双轴破碎机底部筛网筛孔尺寸为60mm;第二级为高速单轴破碎机底部筛网筛孔尺寸为20mm-30mm,优选的第二级高速单轴破碎机底部筛网筛孔尺寸为25mm。
在一个更优选的实施例中,在S15低温烘干工序中采用间接加热方式,加热温度为70℃-140℃,优选温度区间为80℃-110℃,低温烘干装置可采用耙式真空干燥机、螺旋管干燥机或回转干燥机。
在一个更优选的实施例中,在S16气流分选工序中,气流速度为1.5m/s-3m/s;入料尺寸为20mm-50mm。气流分选可采用卧式风力风选机(如卧式气流筛)或立式风力风选机(如锯齿型风力分选机或圆柱式风力分选机)等。
在一个更优选的实施例中,在S21除铁工序中,除铁装置的场强为400Gs-3000Gs,优选场强为400Gs-1500Gs。除铁装置可采用电磁除铁器、永磁除铁器或磁滚筒。
在一个更优选的实施例中,S22-S24涡流分选工序中需要的场强不低于5000Gs,优选场强为7000Gs-10000Gs,滚筒式涡流分选机的转速在0-3500rpm间可调。
在一个更优选的实施例中,在S26高温热解工序中的所述真空反应设备中真空压力小于400Pa,或填充氮气、二氧化碳保护气体,气体含量不低于95%;热解温度300℃-600℃,优选温度是400-500℃,加热时间为0.5小时-2小时,优选加热时间为1小时。高温热解作业需采用真空反应设备,如密闭回转窑。
在一个更优选的实施例中,在S28烟气冷凝工序中的冷凝温度为30℃-80℃,优选冷凝温度区间是50-70℃。烟气冷凝作业采用水冷式或风冷式冷却器,冷却器的形式有板式或者管壳式换热器。
在一个更优选的实施例中,在S25一级振动筛分和S211二级振动筛分工序中分别设置2层筛网,上层筛孔孔径为2mm-3mm,下层筛孔孔径为80目-150目,优选的上层筛孔孔径为2mm,优选的下层筛孔孔径为120目。
在一个更优选的实施例中,在S18三级振动筛分工序中设置2层筛网,上层筛孔孔径为5mm-10mm,下层筛孔孔径为80目-150目。优选的上层筛孔孔径为8mm,优选的下层筛孔孔径为120目。
在一个更优选的实施例中,在S33碱液喷淋工序中的碱液可选用CaO、NaOH、Ca(OH)2或KOH中的一种或几种,优选的碱液为CaO。
在一个更优选的实施例中,粉状物料输送装置宜采用螺旋输送机或者管链输送机。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种动力锂电池的回收方法,其特征在于,包括以下工艺流程:
S1预处理及初级分选:将电池模块预处理,然后利用气流对预处理产生的重物料和轻物料进行初级分选;
所述S1预处理及初级分选包括以下工序:
S11放电:所述电池模块经皮带输送系统有序送入放电系统,直至所述电池模块放电至安全电压以下;
S12物料烘干:对放电完成后的所述电池模块表面烘干处理;
S13多级破碎:烘干后的所述电池模块经所述皮带输送系统送入多级破碎装置,直至被破碎成为小尺寸物料;
S14搅拌打散:多级破碎后的小尺寸物料经输送机构送至搅拌打散作业,将成沓、缠绕的物料进一步搅拌、打散;
S15低温烘干:利用低温烘干装置去除经搅拌打散后物料上的电解液,同时利用负压引风装置提供真空、少氧环境;
S16气流分选:利用气流风选机将经低温烘干后的物料通过气流分选,将所述轻物料和所述重物料分离;
S2精处理及多重筛分:将初级分选后的所述重物料进行精细化处理,从中分离得到Fe物料、厚塑料、Al外壳、Cu极柱、Al箔、Cu箔、Al粒和正极粉;
S3气体及微细粉末处理:将精处理过程中产生的气体及微细粉末进一步处理,其中黑粉进行收集,气体经处理后排出。
2.根据权利要求1所述的一种动力锂电池的回收方法,其特征在于,将所述S1预处理及初级分选中产生的所述轻物料进一步处理,直至正负极粉与隔膜分离。
3.根据权利要求1所述的一种动力锂电池的回收方法,其特征在于,所述S2精处理及多重筛分包括以下工序:
S21除铁:利用除铁装置去除物料中的铁物和/或铁屑;
S22一级涡流分选:除铁后的物料均匀进入涡流分选机中,通过涡流分选实现有色金属和非金属物分离,去除厚塑料,如硬质塑料壳和塑料板;
S23二级涡流分选:进一步通过涡流分选将大块的Al外壳、Cu极柱、Al块与小尺寸的正负极集流体分离;
S24三级涡流分选:再次通过涡流分选工艺将正极集流体Al箔和负极集流体Cu箔分离;
S25一级振动筛分:Cu箔和少量已脱落正负极粉一起进入振动筛进行分级,通过多层不同尺寸筛孔的筛网将正负极粉从Cu箔中有效分离;
S26高温热解:经S24三级涡流分选分离出的Al箔及粘附在Al箔上的正极材料以及经S25一级振动筛分筛出的正负极粉进入真空反应设备中,通过高温使正极材料与Al箔之间的粘接剂炭化,同时利用负压引风装置提供真空、少氧环境;
S27缓冷降温:对高温热解后的物料降温处理;
S28烟气冷凝:将高温热解产生的高温烟气通入冷却器中冷凝并把气体中的有机物收集后单独处理或再生利用;
S29细碎:缓冷降温后的物料经输送机构送入细碎作业,在细碎过程中利用负压引风装置提供负压气流,使正极材料不断从Al箔上脱落,而Al箔在细碎过程中形成球状颗粒;
S210一级旋风分离:利用旋风分离器将经细碎处理后排出的球状Al粒、正极粉和气体、微细粉末进行分离,利用气固混合物作高速旋转时所产生的离心力,将固体颗粒从气流中分离出来;
S211二级振动筛分:旋风分离后的固体颗粒进入振动筛进行分级,通过多层不同尺寸筛孔的筛网实现Al粒和正极粉的有效分离;
S212一级脉冲除尘:旋风分离后的气流通入脉冲除尘装置,并且利用负压引风装置提供负压气流,将气流中的气体及微细正极粉进行收集处理。
4.根据权利要求1所述的一种动力锂电池的回收方法,其特征在于,所述S3气体及微细粉末处理包括以下工序:
S31二级脉冲除尘:利用脉冲除尘装置,将S2精处理及多重筛分步骤中产生的气体及微细粉末进行分离,其中粉末收集处理;
S32活性炭吸附:将分离后的气体通入活性炭吸附装置,气体中残存的少量有机物被活性炭吸附去除;
S33碱液喷淋:将经过活性炭吸附处理后的气体通入喷淋装置,与碱性液体发生中和反应,从而去除气体中的少量酸性物;
S34汽水分离:将碱液喷淋工序净化后的含水雾气体抽出送至汽水分离装置,气体在流动中突然改变方向,将气流中含有的水滴分离出来,将气体外排。
5.根据权利要求2所述的一种动力锂电池的回收方法,其特征在于,对经S1预处理及初级分选产生的所述轻物料进一步处理,包括以下工序:
S17二级旋风分离:利用旋风分离器集中处理S1预处理及初级分选中产生所述轻物料,包括隔膜、气体、正负极粉和粉尘,利用气固混合物作高速旋转时所产生的离心力,将大片隔膜和正负极粉从气流中分离出来;
S18三级振动筛分:通过设置多层不同尺寸筛孔的筛网实现大片隔膜和正负极粉末的有效分离。
6.根据权利要求5所述的一种动力锂电池的回收方法,其特征在于,经S17二级旋风分离出的气体和微细粉末,再进行S3气体及微细粉末处理的工艺。
7.根据权利要求1所述的一种动力锂电池的回收方法,其特征在于,在S11放电工序中,采用液态介质放电,液态介质为硫酸钠、硫酸铜或硫酸锌中的一种或几种;所述液态介质浓度为2%-20%;放电时间为12-72小时;所述电池模块放电后的电压为1V-4V。
8.根据权利要求1所述的一种动力锂电池的回收方法,其特征在于,在S15低温烘干工序中采用间接加热方式,加热温度为70℃-140℃,所述低温烘干装置采用耙式真空干燥机、螺旋管干燥机或回转干燥机。
9.根据权利要求1所述的一种动力锂电池的回收方法,其特征在于,在S16气流分选工序中,气流速度为1.5m/s-3m/s;入料尺寸为20mm-50mm,气流分选采用卧式风力风选机或立式风力风选机。
10.根据权利要求3所述的一种动力锂电池的回收方法,其特征在于,S22-S24涡流分选工序中需要的场强不低于5000Gs,所述涡流分选机的转速在0-3500rpm间可调。
11.根据权利要求3所述的一种动力锂电池的回收方法,其特征在于,在S26高温热解工序中的所述真空反应设备中真空压力小于400Pa,或填充氮气、二氧化碳保护气体,气体含量不低于95%;热解温度300℃-600℃,加热时间为0.5小时-2小时。
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