CN112820969B - 废旧锂离子动力电池带电破碎方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了废旧锂离子动力电池带电破碎方法和装置，是将废旧锂离子动力电池投放于底部出口敞开的破碎机内腔，废旧锂离子动力电池通过破碎机剪切断裂后从破碎机出口快速落入该出口下面对接的振动输送机构内，在振动转运的同时对振动输送机构设置的输送腔进行冷却并使该输送腔内充满水雾，各电池物料在输送过程中外表面形成水膜，以带走所述电池物料正负极短路产生的热量，使电池反应失去活性。本发明采用破碎处理、振动输送、水循环散热和水雾环境方式对锂离子动力电池破碎安全进行保护，减少了各电池物料相互接触短路带来的风险，消除了处理过程中的安全隐患，自动化程度高，无废水外流，粉尘或废气净化后集中排放，有效避免了对环境的污染。

Description

废旧锂离子动力电池带电破碎方法及装置

技术领域

本发明涉及废旧电池回收技术领域，具体涉及一种废旧锂离子动力电池带电破碎方法及装置。

背景技术

随着新能源车保有量的持续增长，既带来了规模庞大的动力锂电池需求，也是锂电池回收和梯次利用的行业机遇，发展锂电池回收和梯次利用在避免资源浪费污染的同时也将产生可观的经济效益和投资机会。如何处理这些废旧锂离子动力电池一直是我国需解决的大问题，这不仅关系着环境保护，而且也关系着自然资源的回收利用。然而，要对废旧锂离子动力电池进行回收利用，首先要对废旧锂离子动力电池进行破碎处理。

动力锂离子动力电池回收过程中破碎是其中重要的一环，现有技术中通常使用撕碎机撕碎电芯，在撕碎过程中，由于电池被挤压，很可能使得正负极片互相接触，容易发生爆炸、起火等安全事故。故近年来有采用湿式切割方式对废旧锂离子动力电池进行破碎，由于电解液极易与水反应生成腐蚀性极强的酸性溶液，破碎机的刀轴及其刀片长期浸泡在酸性环境下，加上工作中的剧烈碰撞摩擦，极易造成无法估量的破坏性损伤，同样具有安全隐患且大大降低了生产效率。

因此，有必要解决上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，首先提供了一种废旧锂离子动力电池带电破碎方法，旨在解决废旧锂离子动力电池在破碎过程中出现的安全事故问题。

本发明提供的废旧锂离子动力电池带电破碎方法，包括下述步骤：

将废旧锂离子动力电池投放于底部出口敞开的破碎机内腔，使所述废旧锂离子动力电池通过所述破碎机剪切断裂；

将剪切撕碎处理后的电池物料通过所述破碎机出口快速落入该出口下面对接的振动输送机构内，在以振动方式转运所述电池物料的同时对所述振动输送机构设置的输送腔进行冷却并使该输送腔内充满水雾，各电池物料在输送过程中外表面与水接触形成水膜，用于带走所述电池物料正负极短路产生的热量，使电池反应失去活性。

上述方法中，可通过调节振动输送机构中的振动电机的振幅和频率调节振动输送机构的送料速度。

上述方法中，采用水循环处理机构对所述输送腔冷却并在该输送腔形成水雾，使输送过程中的各电池物料外表面形成水膜。

进一步地，可通过所述水处理循环机构设置的水循环管，在所述输送腔侧面或/和底部布局，并通过安装在所述水循环管上的喷嘴使所述输送腔形成水雾。

上述方法中，可使所述破碎机内腔、所述振动输送机构的输送腔分别与抽风管连通，通过负压将处理过程中产生的含粉尘空气集中收集，净化后排放。

本发明还提供了根据上述废旧锂离子动力电池带电破碎方法设计的装置，包括破碎机、振动输送机构和水循环机构，所述破碎机具有进料口和底部敞开的出料口与，所述振动输送机构包括振动电机和输送料槽，且具有两端分别设有进料口和出料口的输送腔，所述破碎机的出料口与所述振动输送机构的进料口软连接，所述输送料槽由所述振动电机驱动移动，水平设置在所述输送腔内；所述水循环机构包括水泵、与所述水泵连接的循环管，所述循环管上设有可对所述输送腔内进行喷雾的喷嘴。

上述装置中，所述水循环管设置于所述振动输送机构的输送腔的底部或/和侧面，所述喷嘴安装在所述水循环管上。

上述装置中，所述破碎机内腔、所述振动输送机的输送腔分别连通抽风管，各所述抽风管与总抽风管连通，所述总抽风管与净化设备连接。

上述装置还包括送料机构，所述送料机构倾斜设置。

上述装置还包括控制器，用于控制所述振动输送机构的振动器的振幅和频率、所述输送料槽推进速度、所述输送腔内红外线火焰报警和温控报警以及各控制阀阀门的闭合。

本发明方法及装置具有下列技术效果：

(1)本发明破碎处理处在干燥的环境中，由于底部不设置阻挡物而使得破碎流程可以快速进行而不会在破碎机内腔停留，可避免破碎后电池正负极接触产生燃爆现象，有效降低了破碎时的风险。

(2)本发明将破碎后的电池物料采用振动输送方式推进出料，可使输送料槽上电池物料在不断地向前移动的同时，通过振动方式分散，避免破碎后的电池物料在输送过程中堆积，减少了各电池物料相互接触短路带来的风险。

(3)本发明将剪切破碎后的电池物料在转运过程中通过水循环散热和水雾环境来保护废旧锂离子动力电池的安全破碎过程，可以抑制和防范电池破碎后的自燃，大大减少了电池破碎的风险。而且，水雾环境可以达到电池物料外表面覆盖水分的目的，可蒸发带走带电池物料正负极短路产生的热量，不仅可以使电池反应失去活性，而且出料后易干燥，便于后续干法分选的进行。这种方式采用的水量非常少，不需要大量水对电池进行处理，也不会引起酸性废水腐蚀产生的后续问题，节约了破碎成本，且可避免大量废水带来的环境污染，消除了锂离子动力电池资源回收过程中的有害物质及环境隐患。出料后的电池物料不需要额外增加烘干系统即可参加后续分选，可提高工作效率，减短生产周期，自动化程度更高更安全。

(4)本发明将破碎机内腔、振动输送机的输送腔分别与抽风管连通，通过负压对破碎处理产生的粉尘或废气、振动运输过程中以及电池发热产生的热量蒸发后的废气集中收集，进入后续环保设备进行净化处理后排放，消除了尾气乱排放的隐患，减少了对环境的污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明提供的废旧锂离子动力电池带电破碎装置实施例结构主视图；

图2为本发明提供的废旧锂离子动力电池带电破碎装置实施例中水循环结构示意图一；

图3为本发明提供的废旧锂离子动力电池带电破碎装置实施例中水循环结构示意图二。

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。

需要说明的是，当元件被称为“固定”于或“设置”于另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”于另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本发明实施例中的“内腔”、“外部”、“上方”、“顶部”、“侧面”、“底部”、“上端”、“下端”、“一端”或“另一端”等用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，或者是基于附图展示的位置而参考的，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，因此不应该认为是具有限制性的。

本发明首先提供了一种废旧锂离子动力电池带电破碎方法，包括下述步骤，

S1将废旧锂离子动力电池投放于破碎机内腔，该破碎机内腔干燥且出料口底部敞开垂直向下，使所述废旧锂离子动力电池通过破碎机剪切断裂后立即落料。

该步骤用于对废旧锂离子动力电池进行剪切破碎处理，其目的是将电池切成两截而不会完全粉碎，便于后续水处理使电池失效，且不会因过度破碎使电池成分大量散失，增加后续处理设备的困难。破碎机可选用力矩比较大的双轴破碎机，剪切速度快，两个破碎轴之间的间隙可根据不同种类的废旧锂离子动力电池原料进行调整，间隙可调范围设置为5-50mm。双轴破碎机底部敞开垂直向下，出料口处不设置筛网，可瞬间落料，不会在破碎机内腔堆积。可以理解地，该步骤破碎机还可以采用其他破碎处理设备，只要能够将废旧锂离子动力电池剪切断裂且落料快速即可。

由于电解液极易与水发生反应生成腐蚀性极强的酸性溶液，如若使废旧锂离子动力电池在初始破碎时物料较小，电池正负极容易产生短路起火的现象，而且，会造成电解液大量流出，使破碎机刀轴与刀片长期浸泡在酸性环境下，加上工作中的剧烈碰撞摩擦，极易造成无法估量的破坏性损伤，有安全隐患的同时大大降低了生产效率。本发明利用破碎机快速切割使电池切成两截，底部开口敞开不设置阻挡物，可在剪切完成后的瞬间落料，使破碎流程可以快速进行，不会造成原料破碎机内腔堆积而引起的起火、燃爆现象，有效降低了破碎的风险。同时，简单剪切不会导致电解液大量流出，大大减少了电解液对破碎机刀轴的腐蚀，提高了破碎设备的使用寿命。

该步骤破碎过程不需要用水保护，减少了设备直接被强酸性溶液腐蚀的风险，没有安全隐患。

S2将剪切撕碎处理的废旧锂离子动力电池物料由所述破碎机出口快速落入该出口下面对接的振动输送机构内，在以振动方式转运电池物料的同时通过水循环处理机构对所述振动输送机构设置的输送腔进行冷却，并使该输送腔内充满水雾，各电池物料在输送过程中外表面与水接触形成水膜，可带走所述电池物料正负极短路产生的热量，使电池反应失去活性。

本步骤采用的振动输送机构为设置有输送腔的密闭性钢结构，可输送温度较高的物料，避免电池发热发烫造成的设备损伤。振动输送机构的进料口与破碎机的出料口正对，经破碎机剪切处理的废旧锂离子动力电池物料会瞬间落入振动输送机构设置的输送料槽上，输送料槽水平设置在输送腔内并贯穿该输送腔，在双振动电机驱动下，可将输送料槽上的电池物料往前推进至出料口。进一步地，破碎机的出料口与振动输送机构的进料口采用软连接方式，电池物料顺着破碎机出料口和振动输送机进料口之间的软连接而进入到振动输送机内，可避免电池物料下落时受到硬碰撞等较大的冲击力时产生火花而引起起火、爆炸等安全事故。

本步骤采用振动输送机构推进出料，可使输送料槽上电池物料在不断地向前移动转运的同时，通过振动方式分散，可避免破碎后的电池物料在输送过程中堆积，减少了各电池物料相互接触短路带来的风险，振动运输机构设置的输送腔，不仅将电池物料转运分散，而且还为营造水雾环境提供了较好的密闭条件。

在电池物料转运的同时，通过水循环处理机构对述振动输送机构输送腔进行冷却，即输送料槽上的电池物料在破碎后立即处于水雾冷却的环境中，以避免电池在破碎时发热带来的安全隐患。同时，通过水循环处理机构使该输送腔内充满水雾，利用水雾的渗透性，各电池物料在输送过程中接触水雾后在外表面形成水膜，水与电池正负极发生反应的同时可蒸发带走电池剪切撕碎后可能出现的正负极片互相接触短路引起的发热发烫现象产生的热量，使电池反应失去活性，不仅降低了后续破碎分选处理的风险，还可提高处理效率，减少人工干预，杜绝对人体造成危害。

本步骤将剪切破碎后的电池物料在转运过程中通过水循环散热和水雾环境来保护废旧锂离子动力电池的安全破碎过程，可以抑制和防范电池破碎后正负极短路引起的自燃，同时通过水循环系统带走电池短路发热产生的多余的热量，大大减少了电池破碎的风险。而且，水雾环境既可以达到电池物料外表面覆盖水分的目的，同时又使采用的水量非常少，不需要大量水对电池进行处理，也不会引起酸性废水腐蚀产生的后续问题，大大节约了破碎成本，且可避免大量废水带来的环境污染，消除了锂离子动力电池资源回收过程中的有害物质及环境隐患。由于废旧锂离子动力电池破碎短路自身发热，通过水雾处理后的电池物料出料后由于表面水分少，容易蒸发其表面的水膜，电池物料不需要额外增加烘干系统即可参加后续分选，可提高工作效率，减短生产周期，自动化程度更高更安全。

上述本发明废旧锂离子动力电池带电破碎方法中，可通过调节振动电机的振幅和频率，以调节振动输送机构中输送料槽的送料速度，从而调节电池物料在输送料槽内腔的停留时间，以保证剪切破碎后的电池物料充分冷却以及水雾对各电池物料表面的隔离效果。

上述本发明废旧锂离子动力电池带电破碎方法中，可采用水循环处理机构对所述输送腔冷却并在该输送腔形成水雾，使输送过程中的各电池物料外表面形成水膜。具体地，可在水处理循环机构设置水循环管，水循环管在输送腔侧面或/和底部布局，通过水循环系统带走电池短路发热产生的多余的热量，并在水循环管上安装多个喷嘴，通过喷嘴的喷射，使输送腔内充满水雾。

上述废旧锂离子动力电池破碎处理过程中，不可避免会产生粉尘。本发明提供的废旧锂离子动力电池带电破碎方法将破碎机内腔、振动输送机的输送腔分别与抽风管道连通，通过负压对破碎处理产生的粉尘或废气、振动运输过程中以及电池发热产生的热量蒸发后的废气集中收集，进入后续环保设备进行净化处理后排放，避免污染环境。

根据上述方法，本发明还提供了废旧锂离子动力电池带电破碎装置。参见图1和图2，所述废旧锂离子动力电池带电破碎装置包括破碎机3、振动输送机构4和水循环机构5，所述破碎机3安装在机架6上，上方设有料仓2，所述料仓2具有容纳废旧锂离子动力电池原料的料腔23，料腔23一侧设有第一进料口21，料腔23底部设有第一出料口22，与破碎机3设置的第二进料口31对接，破碎机3底部设有第二出料口32，该第二出料口32与振动输送机构4所设的第三进料口41正对，且采用软连接方式；所述振动输送机构4包括振动电机42和输送料槽43，且具有一输送腔44，输送腔44两端分别设有第三进料口41和第三出料口45，输送料槽43水平设置在输送腔44内，振动电机42可设置两个，由振动电机42驱动振动器(未图示)带动承载有电池物料10的输送料槽43向前推进以输送电池物料10。所述水循环机构5包括水泵51和水循环管53，水循环管53的进水管路接进水管52，通过进水管52与水泵51连接，水循环管53的出水管路接水箱54，水箱54和水泵51之间接有回水管55，形成整个水循环处理管路。在所述的水循环管53上，还设有喷嘴58，可对输送腔44喷雾，使输送腔44内充满水雾，使输送过程中的各电池物料10外表面形成水膜。废旧锂离子动力电池经破碎机3剪切裁断后通过下方的第二出料口32落入振动输送机构4之输送料槽43上，通过两个振动电机42的作用，使输送料槽43上的电池物料10往前推进，由输送料槽43输送至送出第三出料口45，完成最终出料。上述结构中，破碎机3第二出料口32与第三进料口41正对，破碎机3剪切碎裂的废旧锂离子动力电池会瞬间落入输送机构4的第三进料口41内，落料快，第二出料口32与第三进料口41之间的通道可采用柔软材料，如橡胶、塑胶等，用于承载电池物料10的输送料槽43也采用橡胶材料，这样，可避免破碎后的各电池物料10相互碰撞，且在电池物料10在落料时及落料后也不会因为振动而相互碰撞，从而避免破碎后的各电池物料10因撞击可能出现的正负极片互相接触短路产生的破坏性损伤。进一步地，落入输送料槽43上的各电池物料10进入充满水雾的输送腔44，一方面可对输送腔44内的各电池物料10冷却，避免电池破碎时引起的电池本身发热而产生的安全隐患，另一方面，由于水雾渗透力强，可落于输送过程中的各电池物料10外表面，使其外表面均匀布满一层薄薄的水雾，并可在该外表面形成水膜，既可避免电池物料10的正负极相互接触短路，而且也可使电池物料10在水雾的包围下失去活性，进而大大降低了破碎的风险，也减少了后续分选程序的安全隐患。

本发明废旧锂离子动力电池带电破碎装置具体的实施例中，所述破碎机3可采用双轴破碎机对废旧锂离子动力电池进行剪切裁断，双轴破碎机剪切力大，裁断迅速，且底部敞开设置，可使破碎后的电池快速落料，有效减少破碎后各电池物料10碰撞带来的风险。

参见图2和图3，本发明废旧锂离子动力电池带电破碎装置具体的实施例中，所述水循环机构5中的水循环管53可设置于振动输送机构5的输送腔44的底部，也可以设置在输送腔44侧面，还可以在底部和侧面同时设置，位于输送腔44底部的水循环管53可以安装在输送腔44内部底面，主要是用于对输送腔44内部进行冷却，降低输送腔44内的温度，以对输送料槽43上破碎的电池物料10降温，位于输送腔44侧面的水循环管53可安装喷嘴58，用于对输送腔44喷射水雾。可以理解地，输送腔44侧面的水循环管53可以安装在输送腔44内部侧壁，也可以安装在输送腔44侧面的外部。如图3所示，当水循环管53安装在输送腔44侧面外部时，喷嘴58伸于输送腔44内，通过水雾进水管56与水循环管53连接，由喷嘴58喷出细水雾59，充满在输送腔44内，并落于电池物料10外表面。进一步地，在水雾进水管56管路上，还设有调节阀57，可调节进入喷嘴58的水量，保证喷嘴58以细水雾59的形式喷洒在输送腔44内。该过程通过红外线火焰报警和温控报警严格控制，以确保振动输送机4输送腔44内电池物料10的安全。

请再参见图1和图2，本发明废旧锂离子动力电池带电破碎装置具体的实施例中，所述破碎机3内腔、振动输送机4的输送腔44分别连通抽风管道，其中破碎机3内腔通过上方的料仓2连通设置在该料仓2上端的第一抽风管24，振动输送机4的输送腔44外接有第二抽风管46；所述第一抽风管24、第二抽风管46分别与总抽风管7连通，通过负压的作用收集破碎机3工作时粉尘，以及振动输送机4输送料槽43上电池物料10因剪切破碎后发热产生的热量蒸发后的尾气。总抽风管7与第一抽风管24、第二抽风管46连通，并与净化设备8连接，汇集各抽风管内的粉尘和尾气后统一送入净化设备8进行净化处理后排放，避免破碎机3工作时粉尘或废气以及输送腔44内的废气从各进、出料口处飘出，消除了加工处理时气体乱排放的隐患，有效避免了对环境的污染。

请再参见图1，本发明废旧锂离子动力电池带电破碎装置具体的实施例中，所述送料机构1倾斜设置，角度可为30-45°，在送料机构1下端设有投料口11，上端设有送料口13，与料仓2设置的第一进料口21对接。待破碎的废旧锂离子动力电池由投料口11送入，通过送料带12向上运到送料口13，投入料仓2内，再由料仓2进入破碎机3处理。倾斜设置的送料机构1在向上输送过程中可自动排料，避免废旧锂离子动力电池原料堆积，有利于后续破碎机3的破碎。

参见图1，本发明废旧锂离子动力电池带电破碎装置具体的实施例中还设有配电柜9，配电柜9设有控制器，可以用来控制送料机构1给料速度、振动输送机构4的振动器的振幅和频率、输送料槽43推进速度、输送腔44内红外线火焰报警和温控报警以及各控制阀阀门的闭合等，操作更为安全便捷，自动化程度更高更安全。

以上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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.废旧锂离子动力电池带电破碎方法，其特征在于包括下述步骤：

将废旧锂离子动力电池投放于底部出料口敞开的破碎机内腔，使所述废旧锂离子动力电池通过所述破碎机剪切断裂；

将剪切撕碎处理后的电池物料通过所述破碎机出料口快速落入该出料口下面对接的振动输送机构内，所述破碎机的出料口与所述振动输送机构的进料口采用软连接方式；在以振动方式转运所述电池物料的同时采用水循环处理机构对所述振动输送机构设置的输送腔进行冷却并使该输送腔内充满水雾，各电池物料在输送过程中外表面与水接触形成水膜，用于带走所述电池物料正负极短路产生的热量，使电池反应失去活性。

2.根据权利要求1所述的废旧锂离子动力电池带电破碎方法，其特征在于，通过调节所述振动输送机构中的振动电机的振幅和频率调节所述振动输送机构的送料速度。

3.根据权利要求1所述的废旧锂离子动力电池带电破碎方法，其特征在于，通过所述水循环处理机构设置的水循环管，在所述输送腔侧面或/和底部布局，并通过安装在所述水循环管上的喷嘴使所述输送腔形成水雾。

4.根据权利要求1所述的废旧锂离子动力电池带电破碎方法，其特征在于，使所述破碎机内腔、所述振动输送机构的输送腔分别与抽风管连通，通过负压将处理过程中产生的含粉尘空气集中收集，净化后排放。

5.如权利要求1-4任一项所述方法设计的废旧锂离子动力电池带电破碎装置，其特征在于，所述破碎机具有进料口和底部敞开的出料口，所述振动输送机构包括振动电机和输送料槽，且具有两端分别设有进料口和出料口的输送腔，所述破碎机的出料口与所述振动输送机构的进料口软连接，所述输送料槽由所述振动电机驱动移动，水平设置在所述输送腔内；所述水循环处理机构包括水泵、与所述水泵连接的水循环管，所述水循环管上设有可对所述输送腔内进行喷雾的喷嘴。

6.根据权利要求5所述的废旧锂离子动力电池带电破碎装置，其特征在于，所述水循环管设置于所述振动输送机构的输送腔的底部或/和侧面，所述喷嘴安装在所述水循环管上。

7.根据权利要求5所述的废旧锂离子动力电池带电破碎装置，其特征在于，所述破碎机内腔、所述振动输送机构的输送腔分别连通抽风管，各所述抽风管与总抽风管连通，所述总抽风管与净化设备连接。

8.根据权利要求5-7任一项所述的废旧锂离子动力电池带电破碎装置，其特征在于，还包括送料机构，所述送料机构倾斜设置。

9.根据权利要求5-7任一项所述的废旧锂离子动力电池带电破碎装置，其特征在于，还包括控制器，用于控制所述振动输送机构的振动器的振幅和频率、所述输送料槽推进速度、所述输送腔内红外线火焰报警和温控报警以及各控制阀阀门的闭合。

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