CN113546739A - 一种废旧动力电池破碎装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种废旧动力电池破碎装置，包括：给料口、破碎机、热探测器、降温灭火箱和输送机；所述给料口设置在所述破碎机的破碎腔上方，所述热探测器设置在所述破碎机的破碎腔底部；所述破碎腔底部连通第一通道和第二通道，所述第一通道和所述第二通道之间设置分料器；所述第一通道底部设置第一排料口；所述第二通道连通所述降温灭火箱，所述降温灭火箱底部设置闭风卸料器，所述闭风卸料器底部设置第二排料口；所述输送机位于所述第一排料口和所述第二排料口的底部。本发明还提供了一种利用上述装置的废旧动力电池破碎方法。本发明实现了以一种成本低廉的方式，实现废旧动力电池模组或电芯的安全、连续破碎。

Description

一种废旧动力电池破碎装置及方法

技术领域

本发明涉及废旧动力电池回收利用技术领域，尤其涉及一种废旧动力电池破碎装置及方法。

背景技术

近年来，新能源汽车特别是电动汽车发展迅猛，动力电池的需求量成爆炸式增长。随之而来的是，动力电池报废量开始逐年上升。为了避免环境污染和资源浪费，下游梯次利用和回收处理行业迎来了发展机遇。

动力电池以电池包的形式安装在新能源汽车上，电池包退役后拆解为模组或电芯。经检测，部分模组或电芯被梯次利用。模组或电芯彻底报废后，经放电、破碎、高温裂解、分选等环节，黑粉、铜箔、铝箔、隔膜、铝壳和塑料等物料得以分离，再通过后续工序加以回收利用。

相关试验表明，废旧模组或电芯残存电压在安全电压之内，整体破碎是安全的。残存电压高于安全电压时，废旧模组或电芯破碎过程中，会发生燃烧或爆炸。其主要原因是，破碎过程中电池正负极短路，集合料迅速发热，高温引燃隔膜和塑料等，电解液也快速挥发变成可燃可爆气体。

目前，废旧动力电池回收利用技术研究还不成熟。相关文献表明，目前国内外对废旧模组或电芯实施整体破碎的技术方案有两种。第一种技术方案是将废旧模组或电芯放电，使其处于安全电压之下，然后在惰性气体保护下实施整体破碎。如中国专利CN206229831U公布了一种报废动力锂电池氮气保护破碎设备，该设备破碎腔内充满氮气，控制设备内腔含氧量，避免电池燃烧。第二种方案是将模组或电芯低温冷冻，随后加以破碎。如中国专利CN108933307A公布了一种低温综合回收利用废弃锂离子电池的方法，该方法采用了将废旧锂离子电池进行预冷冻，再进行破碎的方式。

模组或电芯虽然经过放电程序，如果不逐个检测，无法保证每个模组或电芯都处于安全电压之下。在惰性气体保护下对带电电芯实施整体破碎，惰性气体发挥了阻燃作用，但电池正负极短路产生的热量还会聚集，破碎过程中仍有爆炸风险。

对于废弃模组或电芯，如果不逐个检测是否带电，统一低温冷冻后破碎，冷冻成本很高。如果逐个检测，其所花费的时间和费用也不低，难以在生产中推广应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种废旧动力电池模组或电芯破碎装置及方法，通过一种成本低廉的技术方案，化解模组或电芯整体破碎时的燃烧爆炸风险。

本发明提供一种废旧动力电池破碎装置，包括：给料口、破碎机、热探测器、降温灭火箱和输送机；所述给料口设置在所述破碎机的破碎腔上方，所述热探测器设置在所述破碎机的破碎腔底部；所述破碎腔底部连通第一通道和第二通道，所述第一通道和所述第二通道之间设置分料器；所述第一通道底部设置第一排料口；所述第二通道连通所述降温灭火箱，所述降温灭火箱底部设置闭风卸料器，所述闭风卸料器底部设置第二排料口；所述输送机位于所述第一排料口和所述第二排料口的底部。

进一步，还包括给料装置，所述给料装置设置在所述给料口和所述破碎机的破碎腔之间，所述给料装置为闭风式。

进一步，所述破碎腔上还设置有引风口和防爆泄压装置。

进一步，所述降温灭火箱上设置有温度传感器、液氮自动排液装置和料位探测器。

进一步，所述第二通道和所述破碎腔之间设置通风道。

进一步，所述输送机为封闭式，内部呈负压状态，所述输送机为胶带输送机或螺旋输送机中的一种。

基于上述发明目的，本发明还提供一种废旧动力电池破碎方法，包括以下步骤：

S1抽检确认：抽检欲破碎的电池模组或电芯，确认70％以上的电池模组或电芯处于安全电压之下；

S2给料破碎：将电池模组或电芯有序输送至所述破碎机，利用所述破碎机将模组或电芯破碎成块状集合料；

S3识别分料：利用所述热探测器，识别所述块状集合料是否发热，如无发热现象，则所述块状集合料直接进入所述输送机；如所述块状集合料存在发热现象，则进入所述降温灭火箱；

S4降温灭火：利用液态低温惰性气体，将进入所述降温灭火箱的存在发热的所述块状集合料进行降温或灭火处理，处理后卸入所述输送机；

S5集合料输送：利用所述输送机，将所述块状集合料转运至下一道工序。

进一步，步骤S1中，所述安全电压为电池模组或电芯在常温、空气环境中被穿刺或破碎后，无发热并伴随气体喷射现象发生时的残存电压。

进一步，步骤S2中，所述有序输送至破碎机，是指在输送过程中，模组或电芯的正负极不会发生短路现象。

进一步，步骤S4中，所述惰性气体为液氮或液氦中的一种。

进一步，步骤S4中，所述自动释放液态低温惰性气体为释放装置收到步骤S3中热探测器经控制系统发来的信号后，自动运行；所述自动卸料为所述降温灭火箱下部配置的所述闭风卸料器收到经控制系统发来的信号后，自动运行。

进一步，步骤S2、S3、S4中，所述破碎、识别分料和降温灭火所需要的总时间小于3s。

与现有技术相比，本发明提供的一种废旧动力电池破碎装置的有益效果是：废旧动力电池模组或电芯送入破碎腔内，破碎机实施快速一次破碎后，模组或电芯变成块状集合料，热探测器检测破碎后的集合料有无发热现象。若存在发热现象，分料器动作，集合料沿第二通道进入降温灭火箱，实施快速降温或灭火。以一种成本低廉的方式，实现废旧动力电池模组或电芯的安全、连续破碎。

与现有技术相比，本发明提供的一种废旧动力电池破碎方法的有益效果是：进入破碎机的废旧动力电池模组或电芯不必逐件检测，破碎过程无需处于惰性气体保护之下，也不必对模组或电芯预先实施低温冷冻，从而大幅度降低破碎作业成本；通过快速破碎、实时识别分料，使发热块状集合料迅速落入降温灭火箱，实施快速降温灭火，消除破碎作业的安全隐患，实现了废旧动力电池模组或电芯破碎作业的安全、连续性。

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废旧动力电池模组或电芯破碎装置结构示意图；

图2为本发明实施例一种废旧动力电池破碎方法工艺流程示意图。

附图标记说明：

1：给料口；2：给料装置；3：破碎机；4：引风口；5：防爆泄压装置；6：热探测器；7：分料器；8：第一通道；9：第一排料口；10：输送机；11：集合料；12：第二排料口；13：闭风卸料器；14：降温灭火箱；15：料位探测器；16：温度传感器；17：液氮自动排液装置；18：第二通道；19：通风道。

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"、"坚直"、"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。

如图1所示，本发明提供了一种废旧动力电池破碎装置，包括：给料口1、破碎机3、热探测器6、降温灭火箱14和输送机10；给料口1设置在破碎机3的破碎腔上方，热探测器6设置在破碎机3的破碎腔底部；破碎腔底部连通第一通道8和第二通道18，第一通道8和第二通道18之间设置分料器7；第一通道8底部设置第一排料口9；第二通道18连通降温灭火箱14，降温灭火箱14底部设置闭风卸料器13，闭风卸料器13底部设置第二排料口12；输送机10位于第一排料口9和第二排料口12的底部。

破碎机3采用水平轴、转子式的破碎设备，转子下方不设置筛网，并有良好的密封结构以防止破碎腔内的黑粉或气体外溢。

热探测器6位于破碎腔内，当模组或电芯被破碎成块状集合料落下时，能够迅速判明是否明显发热(高于45℃)，并向控制系统发出动作指令，启动分料器7动作。

分料器7位于破碎机3下方，正常状态下使破碎腔与第一通道8相连，没有明显发热的块状集合料能够通过第一通道8排出。但是当分料器7收到控制系统温度过高的指令后，迅速动作，将破碎腔与第二通道18连通，明显发热的集合料能够通过第二通道18进入降温灭火箱14，随后分料器7恢复原来位置。

第一通道8用于将无明显发热的集合料转载到输送机10上。

闭风卸料器13用于将降温灭火箱14内已经降温的集合料卸到输送机10上，其收到控制系统指令后启动工作。

降温灭火箱14用于将内部的发热集合料迅速降温或者灭火。

在一个更优选的实施例中，还包括给料装置2，给料装置2设置在给料口1和破碎机3的破碎腔之间，给料装置2为闭风式。

在一个更优选的实施例中，破碎腔上还设置有引风口4和防爆泄压装置5。引风口4外接引风设备和处理设备，一方面保持破碎腔内呈负压状态，破碎腔内的黑粉等粉尘、电解液挥发而成的气体、以及降温灭火箱内释放的气体，被引风口4抽出，再经过后续工序加以处理，同时流动的空气有助于降低破碎腔内温度。防爆泄压装置5为安全预防措施，一旦破碎腔内发生燃爆，保障人员和设备安全。

在一个更优选的实施例中，降温灭火箱14上设置有温度传感器16、液氮自动排液装置17和料位探测器15。温度传感器16位于降温灭火箱14顶部，其可以感知箱内温度，高于设定温度时，向控制系统发出指令，启动液氮自动排液装置17。液氮自动排液装置17安装于降温灭火箱14顶部，其收到热探测器6和温度传感器16等经控制系统发来的信号后，用于向降温灭火箱14内释放液氮等低温液态气体，以迅速降低箱内温度。不限于液态氮气，也可以为其它液态惰性气体。料位探测器15位于降温灭火箱14顶部，其可以感知箱内物料的高度，达到预定位置后，向控制系统发出指令，启动闭风卸料器13工作。

在一个更优选的实施例中，第二通道18和破碎腔之间设置通风道19。通风道19连接破碎腔和降温灭火箱14，无论第二通道18是闭合或开启状态，均能保证降温灭火箱14内气体通过通风道19进入破碎腔，箱内的气体含有惰性气体，且温度较低，进入破碎腔后，帮助降温和降低氧气浓度。

在一个更优选的实施例中，输送机10为封闭式，内部呈负压状态，输送机10为胶带输送机或螺旋输送机中的一种。输送机10用于将集合料11运送至下一道处理工序，封闭式结构且内部呈负压状态，可以防止挥发的电解液外泄。

本发明还提供了一种利用上述装置的废旧动力电池破碎方法，包括以下步骤：

S1抽检确认：抽检欲破碎的电池模组或电芯，确认70％以上的电池模组或电芯处于安全电压之下；

S2给料破碎：将电池模组或电芯有序输送至所述破碎机3，利用破碎机3将模组或电芯破碎成块状集合料11；

S3识别分料：利用热探测器6，识别块状集合料11是否发热，如无发热现象，则块状集合料11直接进入输送机10；如块状集合料11存在发热现象，则进入降温灭火箱14；

S4降温灭火：利用液态低温惰性气体，将进入降温灭火箱14的存在发热的块状集合料11进行降温或灭火处理，处理后卸入输送机10；

S5集合料输送：利用输送机10，将块状集合料11转运至下一道工序。

在一个更优选的实施例中，步骤S1中，安全电压为电池模组或电芯在常温、空气环境中被穿刺或破碎后，无发热并伴随气体喷射现象发生时的残存电压。

在一个更优选的实施例中，步骤S2中，有序输送至破碎机，是指在输送过程中，模组或电芯的正负极不会发生短路现象。

在一个更优选的实施例中，步骤S4中，惰性气体为液氮或液氦中的一种。本发明中惰性气体包括但不限于液氮和液氦。

在一个更优选的实施例中，步骤S4中，自动释放液态低温惰性气体为释放装置收到步骤S3中热探测器6经控制系统发来的信号后，自动运行；自动卸料为降温灭火箱14下部配置的闭风卸料器13收到经控制系统发来的信号后，自动运行。

在一个更优选的实施例中，步骤S2、S3、S4中，所述破碎、识别分料和降温灭火所需要的总时间小于3s。

本发明一种废旧动力电池破碎装置的工作原理如下：废旧动力电池模组或电芯由给料机送入破碎腔内，破碎机实施快速一次破碎后，模组或电芯变成块状集合料11。无电模组或电芯破碎成的集合料无明显发热现象，块状集合料11通过第一通道8，然后经第一排料口9进入输送机10，转运至下一道工序。有电模组或电芯破碎成的块状集合料11存在明显发热现象，热探测器6探知后，向控制系统发出指令，分料器7动作，块状集合料11通过第二通道18进入降温灭火箱。同时控制系统向液氮自动排液装置17发出指令，释放液氮，实施快速降温或灭火。当降温灭火箱14内的集合料达到一定料位后，控制系统向闭风卸料器13发出指令，实施排料，块状集合料11经第二排料口12进入输送机10，转送至下一道工序。以一种成本低廉的方式，实现废旧动力电池模组或电芯的安全、连续破碎。

本发明一种利用上述装置的废旧动力电池破碎方法，其工艺流程如下：

S1：抽检欲破碎的模组或电芯，确认70％处于安全电压之下，安全电压为电池模组或电芯在常温、空气环境中被穿刺或破碎后，无发热并伴随气体喷射现象发生时的残存电压；

S2：将模组或电芯有序输送至破碎机3；利用破碎机3将模组或电芯一次破碎成块状集合料11；有序输送至破碎机，是指在输送过程中，模组或电芯的正负极不会发生短路现象；

S3：利用热探测器6，识别块状集合料是否明显发热(高于45℃)，如无明显发热现象，则块状集合料11直接送入输送机10，如块状集合料11存在明显发热现象，则送入降温灭火箱14；

S4：利用液氮等液态低温惰性气体，将进入降温灭火箱14、明显发热的块状集合料11快速降温或灭火，然后送入输送机10；惰性气体为液氮或液氦中的一种，包括但不限于液氮和液氦；

S5：利用输送机10，将块状集合料11转运至下一道工序。

利用本发明提供的方法，进入破碎系统的废旧动力电池模组或电芯不必逐件检测，破碎过程无需处于惰性气体保护之下，也不必对模组或电芯预先实施低温冷冻，从而大幅度降低破碎作业成本；通过快速破碎、实时识别分料，使发热块状集合料迅速落入降温灭火箱内，实施快速降温灭火，消除破碎作业的安全隐患，实现了废旧动力电池模组或电芯破碎作业的安全、连续性。

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 (12)

1.一种废旧动力电池破碎装置，其特征在于，包括：给料口(1)、破碎机(3)、热探测器(6)、降温灭火箱(14)和输送机(10)；所述给料口(1)设置在所述破碎机(3)的破碎腔上方，所述热探测器(6)设置在所述破碎机(3)的破碎腔底部；所述破碎腔底部连通第一通道(8)和第二通道(18)，所述第一通道(8)和所述第二通道(18)之间设置分料器(7)；所述第一通道(8)底部设置第一排料口(9)；所述第二通道(18)连通所述降温灭火箱(14)，所述降温灭火箱(14)底部设置闭风卸料器(13)，所述闭风卸料器(13)底部设置第二排料口(12)；所述输送机(10)位于所述第一排料口(9)和所述第二排料口(12)的底部。

2.根据权利要求1所述的一种废旧动力电池破碎装置，其特征在于，还包括给料装置(2)，所述给料装置(2)设置在所述给料口(1)和所述破碎机(3)的破碎腔之间，所述给料装置(2)为闭风式。

3.根据权利要求2所述的一种废旧动力电池破碎装置，其特征在于，所述破碎腔上还设置有引风口(4)和防爆泄压装置(5)。

4.根据权利要求3所述的一种废旧动力电池破碎装置，其特征在于，所述降温灭火箱(14)上设置有温度传感器(16)、液氮自动排液装置(17)和料位探测器(15)。

5.根据权利要求4所述的一种废旧动力电池破碎装置，其特征在于，所述第二通道(18)和所述破碎腔之间设置通风道(19)。

6.根据权利要求5所述的一种废旧动力电池破碎装置，其特征在于，所述输送机(10)为封闭式，内部呈负压状态，所述输送机(10)为胶带输送机或螺旋输送机中的一种。

7.一种利用权利要求1至6任一项所述装置的废旧动力电池破碎方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1抽检确认：抽检欲破碎的电池模组或电芯，确认70％以上的电池模组或电芯处于安全电压之下；

S2给料破碎：将电池模组或电芯有序输送至所述破碎机(3)，利用所述破碎机(3)将模组或电芯破碎成块状集合料(11)；

S3识别分料：利用所述热探测器(6)，识别所述块状集合料(11)是否发热，如无发热现象，则所述块状集合料(11)直接进入所述输送机(10)；如所述块状集合料(11)存在发热现象，则进入所述降温灭火箱(14)；

S4降温灭火：利用液态低温惰性气体，将进入所述降温灭火箱(14)的存在发热的所述块状集合料(11)进行降温或灭火处理，处理后卸入所述输送机(10)；

S5集合料输送：利用所述输送机(10)，将所述块状集合料(11)转运至下一道工序。

8.根据权利要求7所述的一种废旧动力电池破碎方法，其特征在于，步骤S1中，所述安全电压为电池模组或电芯在常温、空气环境中被穿刺或破碎后，无发热并伴随气体喷射现象发生时的残存电压。

9.根据权利要求7所述的一种废旧动力电池破碎方法，其特征在于，步骤S2中，所述有序输送至破碎机，是指在输送过程中，模组或电芯的正负极不会发生短路现象。

10.根据权利要求7所述的一种废旧动力电池破碎方法，其特征在于，步骤S4中，所述惰性气体为液氮或液氦中的一种。

11.根据权利要求7所述的一种废旧动力电池破碎方法，其特征在于，步骤S4中，所述自动释放液态低温惰性气体为释放装置收到步骤S3中热探测器(6)经控制系统发来的信号后，自动运行；所述自动卸料为所述降温灭火箱(14)下部配置的所述闭风卸料器(13)收到经控制系统发来的信号后，自动运行。

12.根据权利要求7所述的一种废旧动力电池破碎方法，其特征在于，步骤S2、S3、S4中，所述破碎、识别分料和降温灭火所需要的总时间小于3s。

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