CN112952229A - 水离子裂解锂电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水离子裂解锂电池系统，包括进料装置、蒸气产生器、增压器、水离子产生器、锂电池处理装置、冷凝水槽与回收处理装置；废弃锂电池经进料装置进入锂电池处理装置中，蒸气产生器将水加热产生饱和蒸气，经增压器传输到水离子产生器，解离转化为水离子进入锂电池处理装置中，锂电池处理装置内是常压趋近无氧状态，水离子将废弃锂电池的电解液及隔离膜断链裂解碳化为碳渣、残余气液废弃物、与无机废弃物，而气液废弃物经冷凝水槽、等离子排气装置处理后成为无害的气体与液体，且无机废弃物经回收处理装置处理后，产生可回收再利用的金属，达成符合环保要求，且过程无污染的结构。

Description

水离子裂解锂电池系统

技术领域

本发明涉及一种废弃锂电池的回收裂解系统，特别是指一种符合环保要求，且过程无污染的水离子裂解锂电池系统。

背景技术

因锂电池具备有质量轻、高能量密度、高操作电压、无记忆效应等优势，因此被大量应用于笔记本电脑、通讯及消费性电子产品等，近年来也常用於电动车辆发展。锂电池因为其相对环保性、放电平稳、循环寿命长而逐渐取代镍氢、镍镉、铅酸电池等作为主要电源，但相对的也会产生庞大的电子废弃物，如何回收处理与管理锂电池电子废弃物是一大课题。

现有传统浸渍溶出技术，利用各种酸液作为浸渍液，并在室温或是指定温度下将处理过后的废锂电池置入浸渍液当中，用适当的溶剂溶解金属为离子态而存于浸渍溶液中。传统浸渍所使用的加热方式速度偏慢、浸渍过程所需反应时间长，若要长时间维持温度需要耗费相当可观的能量，同时，处理的过程中，伴随着大类的废水、废气与固态废弃物产生，更对环境造成了二次污染的问题。

目前业界中有许多回收锂电池的方法，其中一种是先以液态氮或液态氩冷却锂电池以降低其反应动力，于粉碎后利用强碱溶液及/或强酸溶液溶解锂电池中包含的金属，并使用碳酸溶液分离出碳酸锂和氧化钴；另外，当锂电池置于水溶液中时，其中的金属会反应产生氢气，于点燃氢气后可一并将可燃物烧尽，再对残渣进行回收处理；然而，上述方法需使用大量的强酸或强碱溶液，且在反应过程中会产生许多废气，例如锂电池中的六氟磷锂因与水反应产生的氢氟酸，或是点燃氢气后产生的二氧化碳等。

另一种回收锂电池的方法是以高温锻烧废锂电池，使废电池置于数百度高温的环境中，并于锻烧后取出破碎，再利用湿法冶金（hydrometallurgy）或电镀（electroplating）的方式收集有价金属；但上述使用方法会产生大量的废气、废液与废弃物，对环境造成二次污染，且回收率低。

除了上述的回收方法，也有许多废弃锂电池回收的专利，例如中国专利公告第CN207938750U号「一种废旧电池处理系统」，锂电池不用破碎直接进入拆分炉，替换的是铜液和铝液，冷却后放入铜锭和铝锭，各种有害的气体集中燃烧烧成后形成的小分子无机气体；但是，锂电池本身是多层结构所构成，若不经过破碎处理，实际上并无法有效处理内部的电解液；

中国专利公告第CN108110366A号「一种种废旧锂离子电池的处理方法」，在回收废旧电池中的有价金属之前，先通过热裂炉对废旧电池中的有机成分进行热解，逐渐热分解产生的污染气体进行捕集；但是，透过单纯的高温加热，并无法完全的处理还收过程产生的废气，特别废气中，有的具耐燃性，有的是分解稳度极高，上述专利处理废弃的过程过于缓慢；

中国专利公告第CN109994794A号「一种锂离子电池裂解系统」，包括用于放置锂离子电池的物料箱和顺序密封连接的低温桶、中温桶、高温桶和冷却桶，且所述低温桶、中温桶、高温桶和冷却桶上分别开设有进气口和出气口，所述物料箱能够分别放置于所述低温桶、中温桶、高温桶和冷却桶中；因此，多个低温桶，中温桶，高温桶和冷却以及其他机构所组合后，会占据具相当庞大的空间，且维修与保养也不方便，同时，多个桶在连接时，相对的需要考虑一定程度的气密、隔热等，否则，锂离子电池裂解过程中的有害物质会有外泄的疑虑。

再者，上述各专利所采用的技术，虽然是采用高温蒸气，实际上就是高温锻烧的一种，此种回收方式会产生大量的废气与废水，在没有良好的后端回收系统等装置，会直接对环境造成二次的污染。

有鉴于习用有上述缺点，以及，中国专利申请第201910992924.7号「三态有机物裂解系统及其常压水离子产生器」，是本案申请人申请在先的专利案，有鉴于废弃离电池的处理时，在前端进料、中端裂解与后段回收等过程中，需要对应废弃离电池得结构、材料特性、产生的废弃物型态、成份等进行对应的改良与强化设计，申请人乃针对所述缺点研究改进之道，终于有本发明产生。

发明内容

本发明主要目的在于，提供一种符合环保要求的水离子裂解锂电池系统。

本发明次要目的在于，提供一种无污染的水离子裂解锂电池系统。

为达成上述目的及功效，本发明所实行的技术手段包括：一进料装置、一蒸气产生器、一增压器、一水离子产生器、一锂电池处理装置、一冷凝水槽、一等离子排气装置与一回收处理装置，其中：

所述进料装置收容并对外输送粉碎后的废弃锂电池；

所述蒸气产生器产生饱和蒸气；

所述增压器与所述蒸气产生器连接，接收并将饱和蒸气再加热为过热蒸气；

所述水离子产生器与所述增压器连接，接收并将过热蒸气解离转化为水离子；

所述锂电池处理装置分别与所述进料装置、水离子产生器连接，内部收容废弃锂电池后导入水离子，在常压趋近无氧状态下，令水离子与废弃锂电池内的电解液及隔离膜断链裂解碳化为碳渣、残余气液废弃物、与无机废弃物；

所述冷凝水槽与所述锂电池处理装置连接，接收气液废弃物并冷却分离产生废水与废气；

所述等离子排气装置与所述冷凝水槽连接并接收废气，经高压解离废气离子后产生电子跳火引发燃烧，例如，数万伏特的电压（如2～3万伏特或更高）将废气解离后产生电子跳火引发燃烧，废气被等离子电击解离，在空间中由于电子跳火而引发燃烧，此时因为高温等离子在高温高压下产生O3作用，可以将无法燃烧废气再利用O3氧化裂解；以及，

所述回收处理装置与所述锂电池处理装置连接，接收并将无机废弃物处理后产生可再利用金属。

借此，废弃锂电池经进料装置进入锂电池处理装置中，蒸气产生器将水加热产生饱和蒸气，经增压器传输到水离子产生器，解离转化为水离子进入锂电池处理装置中，锂电池处理装置内是常压趋近无氧状态，水离子将锂电池处理装置内的废弃锂电池之电解液及隔离膜断链裂解碳化为碳渣、残余气液废弃物、与无机废弃物，而气液废弃物经冷凝水槽、等离子排气装置处理后成为无害的气体与液体，且剩余之金属物可直接回收再利用，达成符合环保要求，且过程无污染的结构。

优选的，其中该水离子裂解锂电池系统包括：一电磁加热器，与蒸气产生器、水离子产生器与锂电池处理装置电性连接，是电磁加热产生热能；以及，一控制装置，与电磁加热器电性连接，使其控制蒸气产生器、水离子产生器与锂电池处理装置的加热参数。

优选的，其中该回收处理装置将无机废弃物处理后产生可再利用金属，包括但不限定于化学中和法、酸提置换法或干式熔炼法。

优选的，其中该冷凝水槽包括一水淋塔，将废气进行去酸碱、去重金属、去氯与减碳等处理。

优选的，其中该进料装置处理废弃锂电池包括但不限定于粉粹、磁选、磨粉与喷淋等步骤。

优选的，其中该粉粹步骤，将废弃锂电池破坏并分解成为细小颗粒或块状。

优选的，其中该磁选步骤，以磁力分离细小颗粒或块状废弃锂电池中的金属物质。

优选的，其中该磨粉步骤，将去除金属物质的细小颗粒或块状废弃锂电池研磨，成为粉末状。

优选的，其中该喷淋步骤，在所述粉粹与磨粉过程中喷洒水。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的流程图。

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，都属本发明保护的范围。

首先说明的是，本发明提到的「锂电池」，仅是为了利于说明常见废弃电池的型态，包括但不限定于碳锌电池、碱锰电池、锂电池、锌电池、锌空电池、水银电池、氢氧电池或镁锰电池等一次性电池，以及，包括但不限定于碱性电池、铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂离子聚合物电池或磷酸锂铁电池等充电电池。

请参阅图1所示，可知本发明的结构主要包括：一进料装置1、一蒸气产生器2、一增压器3、一水离子产生器4、一锂电池处理装置5、一冷凝水6槽、一等离子排气装置7、一回收处理装置8与一电磁加热器9，其中：

所述进料装置1收容并对外输送粉碎后的废弃锂电池，处理时，包括但不限定于粉粹、磁选、磨粉与喷淋等步骤，废弃锂电池首先进行粉碎的步骤，将废弃锂电池破坏并分解成为细小颗粒或块状；接着磁选步骤，以磁力分离细小颗粒或块状废弃锂电池中的金属物质；以及，磨粉步骤，将去除金属物质的细小颗粒或块状废弃锂电池研磨，成为更细小的粉末状，而能够加速后述锂电池处理装置5的处理过程，上述粉粹、磨粉的过程中，为了避免过程中产生爆炸，粉尘、电解液到处飞散，进料装置1更包含了喷淋步骤，在粉粹与磨粉过程中喷洒水，或冷却水等；应注意的是，上述仅是说明进料装置1具备粉粹、磁选、磨粉与喷淋的步骤，举凡能够将废弃锂电池进行粉粹、磁选、磨粉与喷淋的装置或系统、步骤，都应属本发明保护的范畴。

所述蒸气产生器2注入水，或本发明后述提到的回收冷却水等，加热到130度至160度或更高，产生饱和蒸气。

所述增压器3与所述蒸气产生器2连接，接收并将过饱和气再加热为过热蒸气。

所述水离子产生器4与所述增压器3连接，接收并将过热蒸气解离转化为水离子；过热蒸气（H2O）经过水离子产生器4解离（Dissociation）后，成为氢正离子（H+）与氢氧离子（OH-）。

所述锂电池处理装置5分别与所述进料装置1、水离子产生器4连接，内部收容废弃锂电池后导入水离子，在常压趋近无氧状态下，令水离子与废弃锂电池内的电解液及隔离膜断链裂解碳化为碳渣、残余气液废弃物、与无机废弃物。

所述冷凝水槽6与所述锂电池处理装置5连接，其包括一水淋塔61，冷凝水槽6接收气液废弃物并冷却分离产生废水与废气，废气经水淋塔61进行去酸碱、去重金属、去氯与减碳等处理。

所述等离子排气装置7与所述冷凝水槽6连接并接收废气，经高压解离废气离子后产生电子跳火引发燃烧。

所述回收处理装置8与所述锂电池处理装置5连接，利用包括但不限定于化学中和法、酸提置换法或干式熔炼法等回收方式，接收电池处理装置5反应后的无机废弃物，并处理后产生可再利用金属。以及，

所述电磁加热器9与蒸气产生器2、水离子产生器4与锂电池处理装置5电性连接，并以电磁加热产生热能加热蒸气产生器2、水离子产生器4与锂电池处理装置5，为了能够控制上述电磁加热器9、蒸气产生器2、水离子产生器4、与锂电池处理装置5的加热参数与动作状态，更设置与其电性连接的控制装置91，例如：分别设定各自的加热时间、加热温度等，或着，饱和蒸气、水离子的流通状态、增压器的压力动作状态、冷凝水回收状态、或锂电池处理装置5的运作状态等等，应注意的是，控制装置91包括但不限定于计算机、终端机、服务器、人机接口或嵌入式系统等等，以及，电磁加热器9即利用线圈产生磁场，磁场与金属材质的管路或容器等之间产生许多的涡流（Eddy Current）让金属材质的管路、容器等产生热能，电磁加热的技术，其并非本案技术特征，在此仅概略说明，举凡利用电能产生热能的技术或结构，皆应属本发明电磁加热器9的范畴。

借此，经由蒸气产生器2、增压器3与水离子产生器4产生的水离子［H+OH-］，以及，经由进料装置1进行粉粹、磁选、磨粉与喷淋后的废弃离电池，进入锂电池处理装置5中，水离子［H+OH-］与废弃离电池的电解液及隔离膜完成离子交换断链反应后，残余的碳渣与无机废弃物经回收处理装置8回收后产生可再利用的金属，而气液废弃物送往水淋塔61，将废气进行酸碱中和、去硫化物、去氯（铁）与减碳的处理，让冷凝水槽6回收所有可再利用的干净回收冷凝水，传送到蒸气产生器2；接着，水淋塔271无法处理的废气，如烷、脂、一氧化碳等，将通过等离子排气装置7烧毁后排出。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.水离子裂解锂电池系统，其特征在于，其至少包括：

一进料装置，收容并对外输送粉碎后的废弃锂电池；

一蒸气产生器，产生饱和蒸气；

一增压器，与所述蒸气产生器连接，接收并将饱和蒸气再加热为过热蒸气；

一水离子产生器，与所述增压器连接，接收并将过热蒸气解离转化为水离子；

一锂电池处理装置，分别与所述进料装置、水离子产生器连接，内部收容废弃锂电池后导入水离子，在常压趋近无氧状态下，令水离子与废弃锂电池内的电解质、隔离膜断链裂解碳化为碳渣、并残余气液废弃物、与无机废弃物；

一冷凝水槽，与所述锂电池处理装置连接，接收气液废弃物并冷却分离产生废水与废气；

一等离子排气装置，与所述冷凝水槽连接并接收废气，经高压解离废气离子后产生电子跳火引发燃烧；以及，

一回收处理装置，与所述锂电池处理装置连接，接收并将无机废弃物处理后产生可再利用金属；

借此，废弃锂电池经进料装置进入锂电池处理装置中，蒸气产生器将水加热产生饱和蒸气，经增压器传输到水离子产生器，解离转化为水离子进入锂电池处理装置中，锂电池处理装置内是常压趋近无氧状态，水离子将锂电池处理装置内的废弃锂电池的电解液及隔离膜断链裂解碳化为碳渣、残余气液废弃物、与无机废弃物，而气液废弃物经冷凝水槽、等离子排气装置处理后成为无害的气体与液体，且剩余的金属物可直接回收再利用，达成符合环保要求、且过程无污染的结构。

2.根据权利要求1所述的水离子裂解锂电池系统，其特征在于：所述水离子裂解锂电池系统包括：

一电磁加热器，与蒸气产生器、水离子产生器与锂电池处理装置电性连接，是以电磁加热产生热能；

一控制装置，与电磁加热器电性连接，使其控制蒸气产生器、水离子产生器与锂电池处理装置的加热参数。

3.根据权利要求1所述的水离子裂解锂电池系统，其特征在于：所述回收处理装置将无机废弃物处理后产生可再利用金属，包括但不限定于化学中和法、酸提置换法或干式熔炼法。

4.根据权利要求1所述的水离子裂解锂电池系统，其特征在于：所述冷凝水槽包括一水淋塔，将废气进行去酸碱、去重金属、去氯与减碳等处理。

5.根据权利要求1所述的水离子裂解锂电池系统，其特征在于：所述进料装置处理废弃锂电池包括但不限定于粉粹、磁选、磨粉与喷淋步骤。

6.根据权利要求5所述的水离子裂解锂电池系统，其特征在于：所述粉粹步骤，将废弃锂电池破坏并分解成为细小颗粒或块状。

7.根据权利要求6所述的水离子裂解锂电池系统，其特征在于：所述磁选步骤，以磁力分离细小颗粒或块状废弃锂电池中的金属物质。

8.根据权利要求6所述的水离子裂解锂电池系统，其特征在于：所述磨粉步骤，将去除金属物质的细小颗粒或块状废弃锂电池研磨，成为粉末状。

9.根据权利要求5所述的水离子裂解锂电池系统，其特征在于：所述喷淋步骤，在所述粉粹与磨粉过程中喷洒水。

Images