CN113644333B

CN113644333B - 一种回收电池中电解液的装置和方法

Info

Publication number: CN113644333B
Application number: CN202110919637.0A
Authority: CN
Inventors: 南俊民; 马振; 杨天翔; 王文炼; 孙晨昊; 左晓希; 肖信
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2021-08-11
Filing date: 2021-08-11
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2041-08-11
Also published as: CN113644333A

Abstract

本发明涉及电池电解液回收技术领域，具体而言，涉及一种回收电池中电解液的装置和方法。所述装置包括：壳体、传送装置、加料装置、液化温控装置、气化温控装置、电解液接收装置、电池料接收装置、气体注入和储存装置以及气体循环装置。该装置和方法在处理过程中可以保持系统为封闭状态，可以洗涤出残留在电池固体废料中的电解液，防止其在电池回收过程中分解和产生有毒物质，污染环境和影响人体健康，所回收的电解液还可提纯再利用，节约成本。

Description

一种回收电池中电解液的装置和方法

技术领域

本发明涉及电池电解液回收技术领域，具体而言，涉及一种回收电池中电解液的装置和方法。

背景技术

电池在生活中无处不在，为人类的“智能化”做出了巨大贡献。近年来，除了便携式用电器中使用锂离子电池外，在电动汽车和电化学储能装置需求等的推动下，锂离子电池的产量呈现出爆发式增长。预计在2015到2040年之间，单单电动汽车用锂离子电池就将产生多达400万吨以上的废料。根据锂离子电池的组成，废锂离子电池的处置是一个涉及材料再利用和环境保护的问题。

在对废锂离子电池进行处置时，电池中含有的有机电解液的处理方法至关重要。无论采用火法冶金使电解质锂盐和有机溶剂分解，或者水洗的方法直接除去电解液物质，都需要处理含氟、碳、氮和磷的废气或废水。电解液的分解产物可能会产生易燃和有毒的元素物质，如氟化氢、有机磷酸盐和烷基氟磷酸盐等，进入环境后会污染土壤、地下水和空气等。可见，废弃电池必须进行高效回收处理，回收处理关键是对电解液的处置方法。因此，开发不会产生废气和废液的处理方法，不仅能够实现经济的可持续性，并且有利于环境保护。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种回收电池中电解液的装置，该装置使用时为密封状态，解决有机电解液回收过程中的污染问题，可以洗涤出残留在电池固体废料上的电解液，防止其在电池回收过程中分解并产生有毒物质，污染环境和影响人体健康。

本发明的第二目的在于提供利用如上所述的回收电池中电解液的装置来回收电池中电解液的方法，所回收的电解液还可提纯再利用，节约成本。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种回收电池中电解液的装置，包括：壳体、传送装置、加料装置、液化温控装置、淋洗装置、气化温控装置、电解液接收装置、电池料接收装置、气体注入和储存装置以及气体循环装置；

所述传送装置水平设置并将所述壳体分成上下两个部分；沿着所述传送装置的传送方向，一端的上方设置所述加料装置，另一端的下方设置所述电池料接收装置；

所述壳体上设置有加料口，所述加料装置设置在所述加料口处；

所述液化温控装置设置在所述壳体内的顶部；

所述淋洗装置设置在所述传送装置和液化温控装置之间；

所述电解液接收装置设置在所述壳体内的底部，所述气化温控装置设置在所述传送装置和所述电解液接收装置之间；

所述壳体顶部设置有气体注入口和气体循环装置，所述气体注入和储存装置设置在所述气体注入口外部，并与注入口相连。

优选地，所述加料装置包括加料槽和设置在所述加料槽内部的加料推进器，所述加料槽的底部有密封性挡板。

优选地，所述加料推进器由轴杆和设置在所述轴杆上的扇叶组成。

优选地，所述传送装置包括轴承和与轴承咬合的若干节传送带，每两节所传送带之间有缝隙，并且每节所述传送带具有向上凸起的弧度。

优选地，所述传送装置上方的淋洗装置的液化表面由若干个锥形组成。

更优选地，每个所述锥形的表面微观下具有线形定向排列的突起阵列以及一维的沟槽结构。

更优选地，所述阵列或所述沟槽结构由超疏水纳米材料制成。

优选地，所述电解液接收装置包括液槽和设置在所述液槽内部的推流扇叶，以及连接所述推流扇叶的轴杆，所述液槽还设置有导流管，所述导流管连接所述液槽和电解液收集装置，所述电解液收集装置内设置有液位报警器和排液管组成。

优选地，所述电池料接收装置包括转移槽、挤压滚轮、料位报警器和电池料存储装置；所述挤压滚轮设置在所述转移槽的内部，所述料位报警器设置在所述电池料存储装置内。

一种回收电池中电解液的方法，使用所述的回收电池中电解液的装置，包括以下步骤：

(a)在惰性气氛下从电池中取出的电芯、电极片和隔膜，得到电池废料；

(b)将所述电池废料先使用有机溶剂浸润洗涤，通过加料装置的加料槽转移到传送带上，洗涤润湿用溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸乙丙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯中的一种或者多种组成；利用气体注入和储存装置引入淋洗气体，并分别通过液化温控装置和气化温控装置使传送装置上布的空间和下部的空间中的所述淋洗气体分别呈液态和气态，液态的淋洗气体通过淋洗装置对所述电池废料进行淋洗，电解液和液态气体混合物经传送带缝隙流入传送装置下方的气化温控装置表面，液态气体被加热气化后通过气体循环装置进入传送装置上方，并在液化温控装置的作用下重新液化并循环使用，而电解液则流入电解液接收装置中，进行回收；

(c)淋洗后的所述电池废料在传送装置传送的末端进入电池料接收装置。

优选地，所述电池包括锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、锌离子电池、锂金属电池中的至少一种。

优选地，所述淋洗气体包括CO₂，CO，NO₂，SO₂，N₂和乙醇气体中的至少一种。

更优选地，所述液化温控装置的控温范围为-20～50℃，所述气化温控装置的控温范围为0～100℃。

更优选地，所述回收电池中电解液的装置使用时为密封状态，装置内的压强为1～30MPa。

优选地，所述传送装置的传送速度为0.001～1m/s，所述传送装置的长度为1～100m。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明所述提供的回收电池中电解液的装置和方法，回收过程中装置为密封状态，解决有机电解液回收过程中的污染问题，可以洗涤出残留在电池固体废料中的电解液，防止其在电池回收过程中分解并产生有毒物质，避免污染环境和影响人体健康，所回收电解液还可提纯再利用，节约成本。

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为本发明实施例提供的电解液回收过程的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的回收电池中电解液的装置的外观前视图；

图3为本发明实施例提供的回收电池中电解液的装置的外观后视图；

图4为本发明实施例提供的回收电池中电解液的装置的正面剖面图；

图5为传送装置局部结构示意图；

图6为淋洗装置侧面剖面结构示意图；

图7为本发明装置壳体内部一角度结构示意图；

图8为本发明装置壳体内部另一角度结构示意图。

附图标记：

1-壳体，2-传送装置，3-加料装置，4-淋洗装置，5-液化温控装置，6-气化温控装置，7-电解液接收装置，8-电池料接收装置，9-气体注入和储存装置，10-气体循环装置，

21-传送带，22-轴承，51-液化控温装置导流管，71-推流扇叶，72-导流管，73-排液管，83-挤压滚轮。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列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，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明所提供的一种回收电池中电解液的装置，装置处理流程示意图参考图1，其外观参考图2和图3，内部结构如图4所示，包括：壳体1、传送装置2、加料装置3、液化温控装置5、淋洗装置4、气化温控装置6、电解液接收装置7、电池料接收装置8、气体注入和储存装置9以及气体循环装置10，上述装置可以通过一个总控系统进行控制。

所述传送装置2水平设置并将所述壳体1分成上下两个部分；沿着所述传送装置2的传送方向，一端的上方设置所述加料装置3，可使电池废料直接落在传送装置2的传送带21上，提高淋洗效率，另一端的下方设置所述电池料接收装置8，淋洗后，表面残余电解液含量合格的电池废料(固体)直接进入电池料接收装置8；

所述壳体1上设置有加料口，取出的电芯、电极片和隔膜后的电池肥料通过加料口处的加料装置3进入装置内部进行处理；

所述液化温控装置5设置在所述壳体1内的顶部，使淋洗气体进入；

所述淋洗装置4设置在所述传送装置2的上方，所述气化温控装置6设置在所述传送装置2的下方；

所述电解液接收装置7设置的所述壳体1内的底部，所述气化温控装置6设置在所述传送装置2和所述电解液接收装置7之间，所述壳体1顶部设置有气体注入口和气体循环装置10，所述气体注入和储存装置9设置在所述气体注入口外部，并与注入口相连。传送装置2上电池废料在液态淋洗气体的淋洗下，电解液融入流体；随电解液流下来的液态气体在气化温控装置6作用下，被蒸发为气体，在气体循环装置10的作用下进入传送带21上部的淋洗装置4重复使用，减少淋洗气体的用量；

气体注入和储存装置9可以控制整个装置工作时的内部压强。在本发明一些优选的实施方式中，所述加料装置3包括加料槽和设置在所述加料槽内部的加料推进器，所述加料槽底部有密封性挡板，挡板可受控开启和闭合，加料时挡板自动打开，停止加料时挡板自动关闭。加料推进器由轴杆和所示轴杆上的扇叶组成，其作用是控制加料速度，并在一定程度上对电池废料进行粉碎。这样可使电池废料更加均匀的落在传送装置2的传送带21上，提高淋洗效率。

在本发明一些优选的实施方式中，参考图5，所述传送装置2包括轴承22和与轴承22咬合的若干节传送带21，传送带21在与轴承22咬合的过程中前进，每两节所传送带21之间有缝隙，并且每节所述传送带21具有向上凸起的弧度，便于电解液和液化淋洗气体一起流下。

在本发明一些优选的实施方式中，参考图6，所述传送装置2上方的淋洗装置4由若干个锥形组成，作用是让淋洗气体液化落下后，可以更大面积地覆盖电池废料，达到最佳洗涤效果，气体注入后，在传送装置2上方的淋洗装置的锥形表面液化滴到电池废料上，对其进行洗涤。每个锥形表面微观下具有线形定向排列的突起阵列以及一维的沟槽结构。这些阵列或结构由超疏水纳米材料组成。作用是增大气体液化面积，提高单位时间内的凝液量，达到最佳洗涤效果。所述传送装置2下方的气化温控装置6的表面呈向上凸起的弧形，与之相连接的是液槽，弧形部分的下面是气化温控装置6的导流管72，作用是让淋洗气体受热蒸发，电解液流入相对应的液槽中，例如液化控温装置导流管51如图6中所示。

在本发明一些优选的实施方式中，淋洗装置4均为强导热材质，如不锈钢、铝及其合金、镁及其合金、铜及其合金等。

在本发明一些优选的实施方式中优选地，参考图7，为了分别保证淋洗装置4和传送装置2下方的温度均匀，液化温控装置5和气化温控装置6中都铺设有导流管72，内填充有导热循环流体，导热循环流体包括水、乙醇、乙二醇中的至少一种。

在本发明一些优选的实施方式中，参考图6和图8，所述电解液接收装置7包括设置在所述液槽内的推流扇叶71，以及连接所述推流扇叶71的轴杆，所述液槽还设置有导流管72，所述导流管72连接所述液槽和电解液收集装置，所述电解液收集装置内设置有液位报警器和排液管73组成。导流管72可以将电解液导流，在扇叶的推流作用下流到电解液收集装置中。当装置中电解液的体积达到设定阈值时，液位报警器进行报警，工作人员可通过装置外部的排液管73进行排液。

在本发明一些优选的实施方式中，参考图7，所述电池料接收装置8包括转移槽、挤压滚轮83、料位报警器和电池料存储装置；所述转移槽与贴近传送带21的传送末端设置，所述挤压滚轮83设置在所述转移槽内，所述料位报警器设置在所述电池料存储装置内。电池废料经过淋洗后，由传送带21转移至转移槽中，在扇叶螺旋旋转的作用下被挤压到接收槽中。当槽中电池废料的体积达到设定阈值时，料位报警器进行报警，工作人员可通过接收槽的阀门转移电池固体废料，完成电池电解液的回收。

本发明所提供的一种回收电池中电解液的方法，参考图1，包括以下步骤：

(b)将所述电池废料先使用有机溶剂浸润洗涤，溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸乙丙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯中的一种或者多种组成。通过加料装置3的加料槽转移到传送带21上，利用气体注入和储存装置9引入淋洗气体，并分别通过液化温控装置5和气化温控装置6使传送装置2以上空间和以下空间中的所述淋洗气体分别呈液态和气态，液态的气体通过淋洗装置4对所述已预先洗涤过的电池废料进行淋洗，电解液和液态气体混合物经传送带21缝隙流入传送装置2下方的气化温控装置6表面。液态气体被加热气化后通过气体循环装置10进入传送装置2上方，并在液化温控装置5的作用下重新液化并循环使用，而电解液则流入电解液接收装置7中，进行回收；

(c)淋洗后的所述电池废料在传送装置2传送的末端进入电池料接收装置8。

在本发明一些优选的实施方式中，所述电池为各类含有有机电解液的电池，包括但不限于锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、锌离子电池、锂金属电池中的至少一种，并且，电池的结构包括但不限于扣式电池、圆柱形电池和方形电池。

在本发明一些优选的实施方式中，所述淋洗气体包括CO₂，CO，NO₂，SO₂，N₂和乙醇气体中的至少一种。

在本发明一些优选的实施方式中，所述液化温控装置5的控温范围为-20～50℃，还可以为-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃，30℃、40℃、50℃所述气化温控装置6的控温范围为0～100℃，还可以为0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃。

在本发明一些优选的实施方式中，所述回收电池中电解液的装置使用时为密封状态，装置内的压强为1～30Mpa，例如1Mpa、5Mpa、10Mpa、15Mpa、20Mpa、25Mpa、30Mpa。

在本发明一些优选的实施方式中，可以通过调整传送带21的输运速度和淋洗装置4的长度，使传送带21末端电池废料中的电解液残余量达到要求。所述传送装置2的传送速度为0.001～1m/s，例如0.001m/s、0.005m/s、0.01m/s、0.05m/s、0.08m/s、0.1m/s、0.3m/s、0.5m/s、0.8m/s、1m/s，所述传送装置2的长度为1～100m，例如1m、5m、20m、30m、50m、80m、100m。

实施例1

本实施例所提供的回收电池中电解液的方法，具体包括以下步骤：

(a)在惰性气氛下从锂离子电池中取出的电芯、电极片和隔膜，得到电池废料；

(b)将电池废料用有机溶剂预先浸润洗涤，溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸乙丙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯中的一种或者多种组成，通过加料装置3的加料槽转移到传送带21上，传送带21的移动速度为0.05m/s，利用气体注入和储存装置9引入CO₂，并分别通过液化温控装置5的温度为-20～50℃和气化温控装置6的温度为0～100℃，使传送装置2以上空间和以下空间中的气体分别呈液态和气态，液态的气体通过淋洗装置4对所述已预先洗涤过的电池废料进行淋洗，电解液和液态气体混合物经传送带21缝隙流入传送装置2下方的气化温控装置6表面。液态气体被加热气化后通过气体循环装置10进入传送装置2上方，并在液化温控装置5的作用下重新液化并循环使用，而电解液则流入电解液接收装置7中进行回收，淋洗的过程中装置内部的压力为1～30MPa；

(c)淋洗后的电池废料在传送装置2传送的末端进入电池料接收装置8。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，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；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，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；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

Claims

1.一种回收电池中电解液的装置，其特征在于，包括：壳体、传送装置、加料装置、液化温控装置、淋洗装置、气化温控装置、电解液接收装置、电池料接收装置、气体注入和储存装置以及气体循环装置；

所述液化温控装置设置在所述壳体内的顶部；

所述淋洗装置设置在所述传送装置和液化温控装置之间；

所述壳体顶部设置有气体注入口和气体循环装置，所述气体注入和储存装置设置在所述气体注入口外部，并与注入口相连；

所述传送装置上方的淋洗装置的液化表面由若干个锥形组成；

每个所述锥形的表面微观下具有线形定向排列的突起阵列以及一维的沟槽结构；

所述阵列或所述沟槽结构由超疏水纳米材料制成；

所述电解液接收装置包括液槽和设置在所述液槽内部的推流扇叶，以及连接所述推流扇叶的轴杆，所述液槽还设置有导流管，所述导流管连接所述液槽和电解液收集装置，所述电解液收集装置内设置有液位报警器和排液管组成。

2.根据权利要求1所述的回收电池中电解液的装置，其特征在于，所述加料装置包括加料槽和设置在所述加料槽内部的加料推进器，所述加料槽的底部有密封性挡板。

3.根据权利要求2所述的回收电池中电解液的装置，其特征在于，所述加料推进器由轴杆和设置在所述轴杆上的扇叶组成。

4.根据权利要求1所述的回收电池中电解液的装置，其特征在于，所述传送装置包括轴承和与轴承咬合的若干节传送带，每两节所述传送带之间有缝隙，并且每节所述传送带具有向上凸起的弧度。

5.根据权利要求1所述的回收电池中电解液的装置，其特征在于，所述电池料接收装置包括转移槽、挤压滚轮、料位报警器和电池料存储装置；所述挤压滚轮设置在所述转移槽的内部，所述料位报警器设置在所述电池料存储装置内。

6.一种回收电池中电解液的方法，使用如权利要求1-5任一项所述的回收电池中电解液的装置，其特征在于，包括以下步骤：

（a）在惰性气氛下从电池中取出的电芯、电极片和隔膜，得到电池废料；

（b）将所述电池废料先使用有机溶剂浸润洗涤，通过加料装置的加料槽转移到传送带上，洗涤润湿用溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸乙丙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯中的一种或者多种组成；利用气体注入和储存装置引入淋洗气体，并分别通过液化温控装置和气化温控装置使传送装置上布的空间和下部的空间中的所述淋洗气体分别呈液态和气态，液态的淋洗气体通过淋洗装置对所述电池废料进行淋洗，电解液和液态气体混合物经传送带缝隙流入传送装置下方的气化温控装置表面，液态气体被加热气化后通过气体循环装置进入传送装置上方，并在液化温控装置的作用下重新液化并循环使用，而电解液则流入电解液接收装置中，进行回收；

（c）淋洗后的所述电池废料在传送装置传送的末端进入电池料接收装置。

7.根据权利要求6所述的回收电池中电解液的方法，其特征在于，所述电池包括锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、锌离子电池、锂金属电池中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的回收电池中电解液的方法，其特征在于，所述淋洗气体包括CO₂，CO，NO₂，SO₂，N₂和乙醇气体中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的回收电池中电解液的方法，其特征在于，所述液化温控装置的控温范围为-20~50℃，所述气化温控装置的控温范围为0~100℃。

10.根据权利要求6所述的回收电池中电解液的方法，其特征在于，所述回收电池中电解液的装置使用时为密封状态，装置内的压强为1~30MPa。

11.根据权利要求6所述的回收电池中电解液的方法，其特征在于，所述传送装置的传送速度为0.001~1m/s，所述传送装置的长度为1~100m。