CN111996376A - 一种电池分离装置及电池回收生产线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池分离装置及电池回收生产线，涉及电池回收技术领域，其中，电池分离装置，包括：物料传输系统，用于将待分离电池破碎料输送至分离反应系统；分离反应系统，用于将待分离电池破碎料中的电池极片集流体与活性物质分离；溶剂传输系统，与分离反应系统连接，用于向分离反应系统传输第一溶剂；过滤系统，与分离反应系统连接，用于过滤出电池极片集流体和第一溶剂；温度控制系统，与分离反应系统连接，用于控制分离反应系统在处理分离电池破碎料中的温度。本发明的电池分离装置能够实现连续批量作业，并且电池极片集流体分离质量高。本发明的电池回收生产线应用上述电池分离装置。

Description

一种电池分离装置及电池回收生产线
技术领域
本发明涉及电池回收技术领域，尤其涉及一种电池分离装置及电池回收生产线。
背景技术
锂离子由于其具有较高的能量密度，长久的工作寿命被广泛应用在动力汽车和电力储能等领域。据权威机构统计和预测，2015年中国锂电池总产量47.13G瓦h，到2020年动力锂电池的需求量将达到125G瓦h，报废量将达32.2G瓦h，约50万吨；到2023年，报废量将达到101G瓦h，约116万吨。废弃电池如不经妥善处理不但会给环境带来巨大污染，而且废旧锂离子电池中还有大量的有价金属元素。通过废旧锂离子电池回收，一方面可以避免电池的废弃对环境的污染，同时，回收电池中有价金属，可缓解由于锂离子电池快速发展引起的资源不足，可实现锂离子电池产业的可持续循环发展。
目前废旧锂离子电池回收中极片与活性物质分离常用的方法是用机械粉碎的方法。专利CN108405550A通过破碎、研磨、筛分将极片揉搓成小团的过程中实现活性物质的分离。但是，对梯次再利用后的电池极片集流体很脆，这种机械粉碎的方法会使得铝质集流体粉碎混入活性物质中，给下一步的回收利用产生杂质。专利CN105214970A提出了超声分离方法，但是通过毛刷对极片进行整体刷洗，无法应用于大批量的电池处理。专利CN201710790237.8综合了目前本方向的公开研究提出了正极材料铝箔和正极活性物质的分离方法，但是没有针对这种方法的大批量处理提出可行的技术方案。
本申请提出的超声辅助分离系统可以避免机械分离带来的集流体粉碎这种负面影响，而且可实现大批量极片的连续化生产，提升了分离质量和效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池分离装置及电池回收生产线，以提升大批量电池连续生产的效率和分离质量。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种电池分离装置，包括：物料传输系统，用于将待分离电池破碎料输送至分离反应系统；分离反应系统，用于将待分离电池破碎料中的电池极片集流体和活性物质分离；溶剂传输系统，与分离反应系统连接，用于向分离反应系统传输第一溶剂；过滤系统，与分离反应系统连接，用于过滤出电池极片集流体和第一溶剂；温度控制系统，与分离反应系统连接，用于控制分离反应系统在处理分离电池破碎料中的温度。
与现有技术相比，本发明的电池分离装置，通过物料传输系统将待加工的电池破碎料输送至分离反应系统中，并在分离反应系统中实现电池极片集流体与活性物质的分离，进一步通过过滤系统，实现电池极片集流体和溶剂的分离，通过温度控制系统控制分离反应系统的温度，使得待分离电池破碎料充分进行反应，提升分离的质量。由于本发明的电池分离装置是连续进行作业，提高了生产的效率。
可选地，分离反应系统包括反应筒体；反应筒体上包括用于添加第一溶剂的第一开口和添加待分离电池破碎料的第二开口；反应筒体的进口与物料传输系统的出口连接，反应筒体的出口与过滤系统的进口连接。
可选地，分离反应系统包括超声波发生器；超声波发生器设置在反应筒体的外壁，用于向反应筒体内提供超声波。
可选地，溶剂传输系统包括溶剂存储容器和传输泵；溶剂存储容器用于存储分离反应系统需要的第一溶剂；传输泵与反应筒体的第一开口连接，用于将溶剂存储容器内的第一溶剂泵入反应筒体内。
可选地，过滤系统包括洗涤筒体和干燥器；洗涤筒体包括用于添加第二溶剂的第二开口，以及用于排出第一溶剂的第三开口；洗涤筒体的进口与反应筒体的出口连接，洗涤筒体的出口与干燥器的进口连接。
可选地，干燥器包括干燥筒体和鼓风机；鼓风机与干燥筒体连接，用于为干燥筒体提供干燥环境；干燥筒体的出口用于输出电池极片集流体。
可选地，温度控制系统包括：温度传感器、温度控制器以及加热器；
其中，温度传感器用于监测反应筒体内的温度，并将监测结果发送至温度控制器；温度控制器用于根据监测结果控制加热器；加热器用于根据温度控制器的指令对反应筒体进行加热。
另一方面，本发明的还提供一种电池回收生产线，包括上述电池分离装置。
与现有技术相比，本发明的电池回收生产线的有益效果与本发明的电池分离装置的有益效果相同，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的电池分离装置的结构框图；
图2为本发明实施例提供的分离反应系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的过滤系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的干燥器的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的温度控制系统的结构框图。
附图标记：
10.物料传输系统、20.分离反应系统、201.反应筒体、202.第一开口、203.超声波发生器、204.冷凝器、205.第一溶剂出口、206.物料出口、30.溶剂传输系统、40.过滤系统、401.洗涤筒体、402.干燥器、4021.干燥筒体、4022.鼓风机、403.第二开口、404.第三开口、50.温度控制系统、501.温度传感器、502.温度控制器、503.加热器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
由于废弃电池如不经妥善处理不但会给环境带来巨大污染，而且废旧锂离子电池中还有大量的有价金属元素。通过废旧锂离子电池回收，一方面可以避免电池的废弃对环境的污染，同时，回收电池中有价金属，可缓解由于锂离子电池快速发展引起的资源不足，可实现锂离子电池产业的可持续循环发展。
现有对锂离子电池的回收技术中存在回收不充分，效率低等问题。
针对上述技术问题，如图1所示，本发明实施例提供一种电池分离装置，包括：物料传输系统10，用于将待分离电池破碎料输送至分离反应系统20；分离反应系统20，用于将待分离电池破碎料中的电池极片集流体与活性物质分离；溶剂传输系统30，与分离反应系统20连接，用于向分离反应系统20传输第一溶剂；过滤系统40，与分离反应系统20连接，用于过滤出电池极片集流体和第一溶剂；温度控制系统50，与分离反应系统20连接，用于控制分离反应系统20在处理分离电池破碎料中的温度。
电池破碎料是指对废旧电池进行破碎后得到的，该电池破碎料为电池极片集流体和活性物质的混合物。本发明实施例提供的电池分离装置用于将电池破碎料中的电池极片集流体与活性物质进行分离，并对参与分离反应的第一溶剂进行回收循环利用。
以上，物料传输系统10的进口与电池破碎料连接，出口与分离反应系统20连接；所述传输通过绞龙供料或拖链刮板供料或斗式供料等方式完成。
进一步，可选的，物料传输系统10用于电池破碎料的供料和计量，应理解，电池破碎料可以采用任何形式得到。其中，物料传输系统10包括对待加工电池破碎料的计量供料单元。计量供料单元用于电池破碎料供料、计量。破碎料进入分离反应系统20的量由计量供料单元确定，本实施例优选的，计量供料单元通过绞龙供料、拖链刮板供料或者斗式供料等方式进行供料。通过控制电机可以实现供料的计量。例如：采用变频电机实现对电池破碎料的计量，通过控制电机的转速，实现对电池破碎料的供应量的控制。
分离反应系统20至少包括反应筒体201；将待加工的电池破碎料通过物料传输系统10传输至反应筒体201内，并通过在反应筒体201的侧壁上开设的第一开口202用于添加第一溶剂，在反应筒体201外壁设置有超声发生器203来提供超声波；在反应筒体201的外壁上还设置有第一溶剂出口205，通过第一溶剂出口205使得第一溶剂及活性物质输出值过滤系统40。其中，通过第一溶剂实现电池极片集流体与活性物质的分离，通过超声波特定的频段辅助电池极片集流体和活性物质进行分离。通过超声波发生器203发出的超声波，会在电池极片集流体的表面存在的活性物质由于超声波的振动而震碎变小，呈小微粒状，并通过第一溶剂的作用进行分离。通过物料出口206将反应后的电池极片集流体进行排出，此时排出的物质为包含第一溶剂和电池极片集流体。在反应过程中，通过温度控制系统50确保反应筒体201内的温度保持恒定，使得待处理的电池破碎料反应充分，提高电池极片集流体分离的质量。在实际操作中，温度控制在40度至100度之间，这是由于在这个范围内的温度会使得溶剂的活性保持在最好的状态，使得活性物质能够最大程度地与电池极片集流体进行分离，提高反应的速度，并保证了分离的质量。
溶剂传输系统30的作用是为反应筒体201提供第一溶剂，至少包括溶剂存储容器和传输泵，溶剂存储容器的作用是储存以及分离过程中的载体，传输泵的作用是控制第一溶剂的进出量，通过管路实现第一溶剂的输送。
在本实施例中第一溶剂优选为：N～甲基吡咯烷酮(简称为：NMP)。
过滤系统40的最终输出为分离后的电池极片集流体和第一溶剂。过滤系统40包括洗涤筒体401和干燥器402，由于在反应筒体201内已经实现了电池极片集流体和活性物质的分离，因此，在过滤系统40中设置的过滤网用于将电池极片集流体滤出，并输送至干燥器402内进行干燥，得到最终分离出的电池极片集流体。
而对于第一溶剂和活性物质的分离，可以经过滤网将活性物质进行过滤，其中，滤网一般采用微米级或纳米级的滤网进行过滤，采用现有的过滤技术即可完成，在此不再赘述。对于过滤后的第一溶剂则需要添加第二溶剂对第一溶剂进行脱溶处理，进行脱溶后的第一溶剂回收进行循环利用，活性物质进行清水淋洗置换后，收集到料仓中。
温度控制系统50的作用是为电池极片集流体分离过程中提供反应过程需要的温度，使得分离过程反应更加充分。在反应过程中，反应筒体201内的温度保持在40度至100度之间。
本发明实施例提供的电池分离装置，通过物料传输系统10将待加工的电池破碎料输送至分离反应系统20中，并在分离反应系统20中实现电池极片集流体与活性物质的分离，进一步通过过滤系统40，实现电池极片集流体和第一溶剂的分离，通过温度控制系统50控制分离反应系统20的温度，使得待分离电池破碎料充分进行反应，提升分离的质量。由于本发明实施例提供的电池分离装置是连续进行作业，提高了生产的效率。
在一种可选的实现方式中，如图2所示，分离反应系统20包括反应筒体201；反应筒体201上包括用于添加第一溶剂的第一开口202和超声发生器的203；反应筒体201的进口与物料传输系统10的出口连接，反应筒体201的出口与过滤系统40的进口连接。
反应筒体201为电池破碎料与第一溶剂的载体，其接受来自物料传输系统10的电池破碎料；分离反应筒体201内部物料行进可以是螺旋式推进、刮板式推进、内嵌封闭式链条推进方式，本发明实施例不做限定。经过反应后的电池破碎料通过反应筒体201的出口输出至过滤系统40，其中物料含有电池极片集流体、第一溶剂以及活性物质，将其输送至过滤系统40中进行分离过滤得到电池极片集流体和第一溶剂。
为了使得电池极片集流体分离反应更加充分，对反应筒体201内的温度进行监控，保证反应筒体201为恒温筒体，即在电池破碎料反应过程中保持温度恒定，温度控制系统50会实时监测反应筒体201内的温度，并通过温度控制器502控制加热器503对反应筒体201进行加热。
如图2所示，反应筒体201的出口上方设置的冷凝器204的作用是防止第一溶剂的挥发。
在一种可选的实现方式中，分离反应系统20包括超声波发生器203；超声波发生器203设置在反应筒体201的外壁，用于向反应筒体201内提供超声波。
超声波发生器203功能是提供超声波段，辅助电池极片集流体与活性物质的分离。超声波发生器203提供的超声波的频率范围是：0～25千赫兹，在本实施例中，超声波发生器203提供的频率范围是：13～20千赫兹。
作为一种可选的实现方式，溶剂传输系统30包括溶剂存储容器(图中未示出)和传输泵(图中未示出)；溶剂存储容器用于存储分离反应系统20需要的第一溶剂；传输泵与反应筒体201的第一开口202连接，用于将第一溶剂存储容器内的溶剂泵入反应筒体201内。
溶剂传输系统30还包括管路。溶剂存储容器是实现第一溶剂的储存以及分离过程中转的载体。即，第一溶剂存储容器既是为反应筒体201提供的溶剂的载体，也是经过分离后经过回收的第一溶剂载体。第一溶剂的进出料及进出量由传输泵完成，传输泵可以是计量泵、磁力泵、化工泵。管路是实现第一溶剂的传送。
作为一种可选的实现方式，如图3所示，过滤系统40包括洗涤筒体401和干燥器402；洗涤筒体401包括用于添加第二溶剂的第二开口403，以及用于排出所述第一溶剂的第三开口404；洗涤筒体401的进口与反应筒体201的出口连接，洗涤筒体401的出口与干燥器402的进口连接。
洗涤筒体401内的物料为分离电池极片集流体以及第一溶剂，经过滤网后实现电池极片集流体与第一溶剂的分离；添加第二溶剂后，将第一溶剂进行脱溶，并经过第三开口404输送至溶剂存储容器内，实现回收再利用。
其中，滤网的孔径小于电池极片集流体的孔径。滤网的孔径一般为1～5毫米，在本实施例中优选的滤网的孔径为：3毫米；第二溶剂包括：水、乙醇或氯仿，本实施例中优选的为水。
其中，洗涤筒体401可以是封闭式筛板滚筒、槽式板式链条筛板等方式来实现。
作为一种可选的实现方式，如图4所示，干燥器402包括干燥筒体4021和鼓风机4022；鼓风机4022与干燥筒体4021连接，用于为反应筒体201提供干燥环境；干燥筒体4021的出口用于输出电池极片集流体。
其中，干燥筒体4021的干燥环境通过鼓风机4022向干燥筒体4021内吹风进行实现。如图4所示，干燥筒体4021开设有若干吹风口，用于向干燥筒体4021内吹风。在本实施例中，吹风口为3个。在对电池极片集流体进行干燥的过程中，根据电池极片集流体湿料潮湿的程度不同，可以设置不同的吹风时间。例如：干燥筒体4021在50～110℃的条件下，烘干10～60分钟。
作为一种可选的实现方式，如图5所示，温度控制系统50包括：温度传感器501、温度控制器502以及加热器503；其中，温度传感器501用于监测反应筒体201内的温度，并将监测结果发送至温度控制器502；温度控制器502用于根据监测结果控制加热器503；加热器503用于根据温度控制器502的指令对分离反应筒体201进行加热。
其中，温度传感器501可以为热电偶，热电偶功能是实现电池极片集流体分离过程中温度的监测。本实施例中的热电偶选择300℃的K型热电偶；分离反应系统20中的温度控制及调节由温度控制器502完成。加热器503功能是实现第一溶剂的加热，以保证第一溶剂的活性，使得分离过程充分。
另一方面，本发明实施例还提供一种电池回收生产线，包括上述电池分离装置。
以下通过具体实施例对本发明的电池分离装置进行详细说明：
具体实施案例1
将待分离的电池破碎料通过封闭式输送机计量送至反应筒体201，其中，电池破碎料与第一溶剂的比例为1:4，超声波发生器203频率20千赫兹，超声波发生器203的功率100瓦，反应筒体201内的温度保持在50℃，分离时间为1小时，分离后的电池极片集流体通过洗涤筒体401进行脱溶，通过清水淋洗置换后，电池极片集流体经过干燥器402内的热风烘干后收集至物料仓中；分离后的混合溶剂经过过滤系统40将第一溶剂与活性物质分离，过滤后的活性物质经过脱溶处理，通过清水淋洗置换后，湿料收集至料仓中。
具体实施案例2
将待分离的电池破碎料通过封闭式输送机计量送至反应筒体201，其中，电池破碎料与第一溶剂的比例为1:4，超声波发生器203分频率13千赫兹，超声波发生器203的功率100瓦，反应筒体201内的温度保持在100℃，分离时间为2小时，分离后的电池极片集流体通过洗涤筒体401进行脱溶，通过清水淋洗置换后，电池极片集流体经过干燥器402内的热风烘干后收集至物料仓中；分离后的混合溶剂经过过滤系统40将第一溶剂与活性物质分离，过滤后的活性物质经过脱溶处理，通过清水淋洗置换后，湿料收集至料仓中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池分离装置，其特征在于，包括：
物料传输系统，用于将待分离电池破碎料输送至分离反应系统；
所述分离反应系统，用于将所述待分离电池破碎料中的电池极片集流体与活性物质分离；
溶剂传输系统，与所述分离反应系统连接，用于向所述分离反应系统传输第一溶剂；
过滤系统，与所述分离反应系统连接，用于过滤出所述电池极片集流体和第一溶剂；
温度控制系统，与所述分离反应系统连接，用于控制所述分离反应系统在处理所述分离电池破碎料中的温度。
2.根据权利要求1所述的电池分离装置，其特征在于：
所述分离反应系统包括反应筒体；
所述反应筒体上包括用于添加所述第一溶剂的第一开口和添加所述待分离电池破碎料的第二开口；
所述反应筒体的进口与所述物料传输系统的出口连接，所述反应筒体的出口与所述过滤系统的进口连接。
3.根据权利要求2所述的电池分离装置，其特征在于：
所述分离反应系统包括超声波发生器；
所述超声波发生器设置在所述反应筒体的外壁，用于向所述反应筒体内提供超声波。
4.根据权利要求2所述的电池分离装置，其特征在于：
所述溶剂传输系统包括溶剂存储容器和传输泵；
所述溶剂存储容器用于存储所述分离反应系统需要的所述第一溶剂；
所述传输泵与所述反应筒体的所述第一开口连接，用于将所述溶剂存储容器内的所述第一溶剂泵入所述反应筒体内。
5.根据权利要求2所述的电池分离装置，其特征在于：
所述过滤系统包括洗涤筒体和干燥器；
所述洗涤筒体包括用于添加第二溶剂的第二开口，以及用于排出所述第一溶剂的第三开口；
所述洗涤筒体的进口与所述反应筒体的出口连接，所述洗涤筒体的出口与所述干燥器的进口连接。
6.根据权利要求5所述的电池分离装置，其特征在于：
所述干燥器包括干燥筒体和鼓风机；
所述鼓风机与所述干燥筒体连接，用于为所述干燥筒体提供干燥环境；
所述干燥筒体的出口用于输出所述电池极片集流体。
7.根据权利要求2所述的电池分离装置，其特征在于：
所述温度控制系统包括：温度传感器、温度控制器以及加热器；
其中，所述温度传感器用于监测所述反应筒体内的温度，并将所述监测结果发送至所述温度控制器；
所述温度控制器用于根据所述监测结果控制所述加热器；
所述加热器用于根据所述温度控制器的指令对所述反应筒体进行加热。
8.一种电池回收生产线，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的电池分离装置。
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