CN114497789A - 一种经济型三元锂电池拆解回收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种经济型的三元锂电池拆解回收系统及方法，均匀给料器、皮带输送线一、一次破碎机、二次破碎机、三次破碎机、风选系统依次连接，风选系统分别与脱粉器和皮带输送线的一端连接，脱粉器的另一端分别与旋风分离器和直线筛一连接，风选系统出口通过皮带输送线二、皮带输送线三与组合式磁选机、涡电流分选机、皮带输送线四、四次破碎机、直线筛二、皮带输送线五和分料器连接，脱粉器和旋风分离器均与黑粉动态加热料仓一一端连接，黑粉动态加热料仓一的另一端依次与黑粉动态加热料仓二、高温回转窑和黑粉负压收集仓连接。引入氮气保护系统和负压除尘系统，确保产线安全系数；引入动态料仓替代加热窑炉，降低能耗提高经济效益。

Description

一种经济型三元锂电池拆解回收系统及方法

技术领域

本发明涉及三元锂电池拆解回收技术领域，具体为一种经济型的三元锂电池拆解回收系统及方法。

背景技术

锂离子电池具有高能量、长寿命、低污染等优点，被广泛应用于收集、计算机、电动自行车、电动汽车、国防等多个领域。尤其是近几年来，电动汽车的爆发式增长，规模庞大的动力锂电池市场伴生的将是锂电池的需求量和报废量大幅增加。废旧的锂离子电池中含有大量可利用的资源，例如铁、铜、铝等有价金属等，如果这些废旧锂电池回收不当，将会造成很大的资源浪费和环境污染。同时锂离子电池的正负极材料、电解质溶液等物质对环境和人体健康都有很大的影响。因此，如果将废旧锂电池采取普通的垃圾处理方法(包括填埋、焚烧、堆肥等)，其中正负极材料中的镍、钴、锰、锂等金属将对水、土壤造成重金属污染。而电解质及其转化物如LiPF₆、LiCF₃SO₃、HF、P₂O₅等，溶剂及其分解和水解产物如DME、EMC、甲醇、甲酸等，都是有毒有害物质，可造成人身伤害甚至死亡。

另一方面，锂电池需求爆发式增长，以金属锂为例，预测到2050年，全球的金属锂需求量将达到4000万吨，而目前全球金属锂资源最多为3000万吨，已探明可开采的锂矿资源可利用的也仅有1500万吨，供需之间存在着巨大的空缺，导致上游原材料价格急速上升，锂电池厂家成本压力剧增，锂电池回收利用是必然的趋势。

目前回收利用的政策引导是鼓励先梯次利用，再拆解回收，以充分发挥废旧电池的经济效益，但梯次利用受限于电池的统一性和成本影响，目前梯次利用的量很小，还是以拆解回收为主，其中回收价值最高的是正负极材料和集流体(铜/铝)。

锂电池拆解回收按照原理可分为干式回收(物理法)、湿法冶金回收、生物法回收，目前主流的是干式回收。

锂电池物理法拆解回收最初以人工拆解为主，效率低、回收率不高且各种有毒物质危害人体安全，后期逐步发展到机械破碎加机械筛分的工艺路线，结合后期的湿法冶金提炼有价值的正负极材料和集流体。

现有技术：目前市面上常见的拆解回收技术主要是走以下路线：深度放电→一级破碎→二级破碎→一级筛分→三级破碎→二级筛分→磁选→气流分选→高温焚烧→收集→湿法冶金提炼。

(1)安全性不足：锂电池在破碎前需进行深度放电至残余电能在截止电压10％以下，但是经过运输和一定时间存放后会恢复一部分电能，带电破碎会有起火爆炸的风险；破碎过程中释放的电解液在设备内部达到一定浓度很容易起火爆炸，同时电解液对设备也具有很强的腐蚀性，对设备使用寿命及安全性有一定影响。

(2)回收率不高：上述工艺只收集了回收价值较高的金属物质及正负极材料，对于电解液和隔膜直接进行焚烧处理，增加了能耗和尾气处理系统的负荷。

(3)回收精度不高：正负极材料通过粘结剂涂覆在正负极集流体表面，通过常规的破碎很难完全剥离出来，破碎过程中脱落的正负极材料和铜铝细粉在潮湿的电解液作用下相互掺杂在一起，最后分离得到的正负极材料、铜、铝纯度不高。

(4)生产连续性问题：上述工艺中各设备之间联动性不强，一旦其中一个设备故障，整个产线不能立即停机，如果设备内部残留的物料过多有可能会损伤设备，必须清理完成之后才能再次开机，产线恢复生产所需的时间较长。

(5)环境污染严重：破碎过程中粉尘泄漏导致现场环境差，高温焚烧电解液、隔膜、粘结剂等会导致尾气中各种有害物质超标，污染环境。

(6)经济效益问题：针对产能不大的生产线，如果采用完整的破碎拆解回收系统，能耗过高，投入产出比无法达到预期值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济型的三元锂电池拆解回收系统及方法，以解决上述背景技术中提出问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种经济型的三元锂电池拆解回收系统包含均匀给料器、皮带输送线一、一次破碎机、二次破碎机、三次破碎机、风选系统、皮带输送线二、脱粉器、旋风分离器、直线筛一、黑粉动态加热料仓一、皮带输送线三、组合式磁选机、涡电流分选机、皮带输送线四、四次破碎机、直线筛二、皮带输送线五、分料器、铜铝分选系统、布袋除尘器一、布袋除尘器二、电解液挥发冷凝装置、布袋除尘器三、电解液存储罐、黑粉动态加热料仓二、高温回转窑、黑粉负压收集仓、二燃室、烟气冷却器、碱液喷淋装置一、碱液喷淋装置二、活性炭吸附装置、引风机一、排放烟囱、引风机二、热交换器和碱液喷淋装置三，所述的均匀给料器、皮带输送线一、一次破碎机、二次破碎机、三次破碎机、风选系统依次连接，风选系统分别与脱粉器和皮带输送线的一端连接，，脱粉器的另一端分别与旋风分离器和直线筛一连接，风选系统出口通过皮带输送线二、皮带输送线三与组合式磁选机、涡电流分选机、皮带输送线四、四次破碎机、直线筛二、皮带输送线五和分料器连接，分料器与铜铝分选系统连接，脱粉器和旋风分离器均与黑粉动态加热料仓一一端连接，所述的黑粉动态加热料仓一的另一端依次与黑粉动态加热料仓二、高温回转窑和黑粉负压收集仓连接。

优选的，所述的铜铝分选系统为两套相同的设备，均包含一次铜铝分选机、斗提机、五次破碎机、振动圆盘筛、二次铜铝分选机、铜粒吨包收集和铝粒负压收集料仓，一次铜铝分选机、斗提机、五次破碎机、振动圆盘筛和二次铜铝分选机依次连接设置，二次铜铝分选机分别与铜粒收集吨包和铝粒负压收集料仓连接。

优选的，所述的布袋除尘器一、布袋除尘器二、电解液挥发冷凝装置、布袋除尘器三、二燃室、烟气冷却器、碱液喷淋装置一、碱液喷淋装置二、活性炭吸附装置、引风机一、排放烟囱、引风机二和碱液喷淋装置三组成尾气回收系统。

优选的，所述的一次破碎机、二次破碎机、三次破碎机、旋风分离器、均通过尾气管路与尾气回收系统连接，布袋除尘器一与电解液挥发冷凝装置连接，电解质挥发冷凝装置分别与冷凝组分存储罐和布袋除尘器三的一端连接，布袋除尘器三的另一端与二燃室连接，二燃室的顶部与热交换器连接，二燃室的底部分别与烟气冷却器、碱液喷淋装置一、碱液喷淋装置二、活性炭吸附装置、引风机一、排放烟囱依次连接。

与现有技术相比，本系统引入氮气保护系统和负压除尘系统，确保产线安全系数；引入动态料仓替代加热窑炉，降低能耗提高经济效益；且独家研发的脱粉器及多组分选装置，提高物料分离效率，并且设置有隔膜收集和电解液收集装置，提高废旧电池利用率；

本发明具备以下有益效果：1.粉尘外泄可能性低，确保生产线环境，提高生产线安全系数。

2.产线集中控制，加强过程及状态控制，无需人工过多参与，节约人力成本；

3.工艺路线简洁化：经过两道初级破碎之后将物料通过高温回转窑去除粘结剂，然后通过脱粉器和直线筛分离集流体铝箔片和正极活性材料，如果对正极活性材料纯度要求不高则无需再次破碎筛分，要求高的可以进行二次破碎筛分回收，工艺路线简洁，减少设备数量，降低能耗；

4.各组分回收纯度高；

5.尾气处理系统处理后的尘气可以达到当地危险废物焚烧污染控制标准的排放标准，无需额外增加尾气处理设备。

附图说明

图1为本发明的回收系统的结构示意图。

图中：均匀给料器c、皮带输送线一1-1、一次破碎机2、二次破碎机3、三次破碎机4、风选系统a、皮带输送机二1-2、脱粉器5、旋风分离器6、直线筛一、皮带输送线三1-3、黑粉动态加热料仓一8、组合式磁选机9、涡电流分选机10、皮带输送线四1-4、11、四次破碎机12、直线筛二13、皮带输送线五1-5、分料器14、铜铝分选系统、布袋除尘器一16、布袋除尘器二17、电解液挥发冷凝装置18、布袋除尘器三19、电解液存储罐20、黑粉动态加热料仓二21、高温回转窑22、黑粉负压收集仓23、二燃室24、烟气冷却器25、碱液喷淋装置一26、碱液喷淋装置二26-1、活性炭吸附装置27、热交换器28、碱液喷淋装置三29、一次铜铝分选机15-1、斗提机15-2、五次破碎机15-3、振动圆盘筛15-4、二次铜铝分选机15-5、铝粒负压收集料仓15-6、引风机d1、引风机d2和排放烟囱d3。

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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种经济型的三元锂电池拆解回收系统包含均匀给料器c、皮带输送线一1-1、一次破碎机2、二次破碎机3、三次破碎机4、风选系统a、皮带输送线二1-2、脱粉器5、旋风分离器6、直线筛一7、黑粉动态加热料仓一8、皮带输送线三1-3、组合式磁选机9、涡电流分选机10、皮带输送线四1-4、四次破碎机12、直线筛二13、皮带输送线五1-5、分料器14、铜铝分选系统、布袋除尘器一16、布袋除尘器二17、电解液挥发冷凝装置18、布袋除尘器三19、电解液存储罐20、黑粉动态加热料仓二21、高温回转窑22、黑粉负压收集仓23、二燃室24、烟气冷却器25、碱液喷淋装置一26、碱液喷淋装置二26-1、活性炭吸附装置27、引风机d1、排放烟囱d3、引风机二d2、热交换器28和碱液喷淋装置三29，所述的均匀给料器c、皮带输送线一1-1、一次破碎机2、二次破碎机3、三次破碎机4、风选系统a依次连接，风选系统a分别与脱粉器5和皮带输送线的一端连接，脱粉器5的另一端分别与旋风分离器6和直线筛一7连接，风选系统a出口通过皮带输送线二1-2、皮带输送线三1-3与组合式磁选机9、涡电流分选机10、皮带输送线四1-4、四次破碎机12、直线筛二13、皮带输送线五1-5和分料器14连接，分料器14与铜铝分选系统连接，脱粉器5和旋风分离器6均与黑粉动态加热料仓一8一端连接，所述的黑粉动态加热料仓一8的另一端依次与黑粉动态加热料仓二21、高温回转窑22和黑粉负压收集仓23连接。

优选的，所述的铜铝分选系统为两套相同的设备，均包含一次铜铝分选机15-1、斗提机15-2、五次破碎机15-3、振动圆盘筛15-4、二次铜铝分选机15-5、铜粒吨包收集和铝粒负压收集料仓15-6，一次铜铝分选机15-1、斗提机15-2、五次破碎机15-3、振动圆盘筛15-4和二次铜铝分选机15-5依次连接设置，二次铜铝分选机15-5分别与铜粒收集吨包和铝粒负压收集料仓15-6连接。

优选的，优选的，所述的布袋除尘器一16、布袋除尘器二17、电解液挥发冷凝装置18、布袋除尘器三19、二燃室24、烟气冷却器25、碱液喷淋装置一26、碱液喷淋装置二26-1、活性炭吸附装置27、引风机一d1、排放烟囱d3、引风机二d2和碱液喷淋装置三29组成尾气回收系统。

优选的，所述的一次破碎机2、二次破碎机3、三次破碎机4、旋风分离器6、均通过尾气管路与尾气回收系统连接，布袋除尘器一16与电解质挥发冷凝装置18连接，电解液挥发冷凝装置18分别与冷凝组分存储罐20和布袋除尘器三19的一端连接，布袋除尘器三19的另一端与二燃室24连接，二燃室24的顶部与热交换器28连接，二燃室24的底部分别与烟气冷却器25、碱液喷淋装置一26、碱液喷淋装置二26-1、活性炭吸附装置17、引风机一d1排放烟囱d3依次连接。

一种经济型的三元锂电池拆解回收系统的方法：步骤一、原料废旧电池通过电动葫芦吊至拆包平台，由人工拆包将废旧电池投入料仓，链板匀速将电池输送至振动给料机，均匀投放到皮带输送线一1-1上，将废旧电池输送到一次破碎机2，通过破碎后进入二次破碎机3，并对大块破碎物进行二破，破碎物再进入三次破碎机4后经过风选系统a进行多组份分选分离出钢壳，隔膜、黑粉、正负极片进入脱粉器5分离黑粉，筛上物进入直线筛一7继续分离黑粉，脱粉器5和直线筛一7分离的黑粉通过负压输送系统集中收集到黑粉动态加热料仓一8中，筛上物为正负极片加少量隔膜，与风选分离的钢壳一同进出组合式磁选机9分离出磁性物质单独收集，废旧电池中塑料件较多可配套涡电流分选机10分离出大块的塑料件单独收集，其余物料通过皮带输送机进入四次破碎机12中进行破碎处理；废旧电池从进入一次破碎到三次破碎之间全部氮气保护，防止因破碎而产生起火爆炸等危险；

步骤二、四次破碎之后物料经过直线筛二13，分离出破碎过程中脱落的黑粉，仍然通过负压输送至黑粉动态加热料仓一8中，筛上物为铜铝极片，通过分料器14均匀布料后落入两套铜铝分选系统对铜铝进行一次分选；

步骤三、铜铝分选系统的铜出口由皮带输送机及斗提机15-2、将铜箔输送至五次破碎机15-3中，破碎后落入振动圆盘筛15-4进行异物分离，一层筛将筛上物通过二次铜铝分选机15-5中进行精细分选，铜箔用吨包收集，铝粒通过铝粒负压收集料仓15-6进行收集；筛下物黑粉通过负压输送至黑粉动态加热料仓一8中，两个铜铝分选系统进行同样的操作步骤；

步骤四、黑粉动态加热料仓8为动态搅拌加热料仓，所有环节分离的黑粉通过负压输送集中收集到这个料仓，在加热和搅拌过程中挥发出黑粉中掺杂的电解液，挥发的电解液尾气通过尾气管道集中收集并通过电解质挥发冷凝装置18冷凝收集，如果产线产能偏大，出于安全考虑，可以再动态料仓前端再增加一套动态料仓作为缓冲，所有收集的黑粉先在缓存料仓中进行预处理，挥发掉一部分电解液，提高动态料仓的挥发效率，确保料仓中的黑粉挥发掉电解液之后再进入高温回转窑22加热焙烧，高温回转窑22内部加热的回转筒体经旋转和高低差及扬料板的作用把物料自高点逐步输送到窑尾料仓处冷却后出料，对旋转筒体进行均衡的加热，受热后的筒体将热能传导给物料以达焙烧物料的目的，产生的废气由尾气回收系统回收并达到合格处理排放，焙烧后的物料由负压真空输送机输送至负压收集仓23中，并进行储存包装；

步骤五、黑粉动态加热料仓二21、高温回转窑22分别排除的电解液尾气都先通过电解液挥发冷凝装置18降温冷凝收集，不能收集的尘气及其他尾气经过二燃室24高温处理后再经过烟气冷却器25防止二噁英生成，处理过的尾气经过碱液喷淋装置一26、碱液喷淋装置二26-1的碱液喷淋去除HF及P后再经过活性炭吸附装置27的吸附，达到环保要求的排放标准，自然排放。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种经济型的三元锂电池拆解回收系统，其特征在于：包含均匀给料器、皮带输送线一、一次破碎机、二次破碎机、三次破碎机、风选系统、皮带输送线二、脱粉器、旋风分离器、直线筛一、黑粉动态加热料仓一、皮带输送线三、组合式磁选机、涡电流分选机、皮带输送线四、四次破碎机、直线筛二、皮带输送线五、分料器、铜铝分选系统、布袋除尘器一、布袋除尘器二、电解液挥发冷凝装置、布袋除尘器三、电解液存储罐、黑粉动态加热料仓二、高温回转窑、黑粉负压收集仓、二燃室、烟气冷却器、碱液喷淋装置一、碱液喷淋装置二、活性炭吸附装置、引风机一、排放烟囱、引风机二、热交换器和碱液喷淋装置三，所述的均匀给料器、皮带输送线一、一次破碎机、二次破碎机、三次破碎机、风选系统依次连接，风选系统分别与脱粉器和皮带输送线的一端连接，脱粉器的另一端分别与旋风分离器和直线筛一连接，风选系统出口通过皮带输送线二、皮带输送线三与组合式磁选机、涡电流分选机、皮带输送线四、四次破碎机、直线筛二、皮带输送线五和分料器连接，分料器与铜铝分选系统连接，脱粉器和旋风分离器均与黑粉动态加热料仓一一端连接，所述的黑粉动态加热料仓一的另一端依次与黑粉动态加热料仓二、高温回转窑和黑粉负压收集仓连接。

2.根据权利要求1所述的一种经济型的三元锂电池拆解回收系统，其特征在于：所述的铜铝分选系统为两套相同的设备，均包含一次铜铝分选机、斗提机、五次破碎机、振动圆盘筛、二次铜铝分选机、铜粒吨包收集和铝粒负压收集料仓，一次铜铝分选机、斗提机、五次破碎机、振动圆盘筛和二次铜铝分选机依次连接设置，二次铜铝分选机分别与铜粒收集吨包和铝粒负压收集料仓连接。

3.根据权利要求1所述的一种经济型的三元锂电池拆解回收系统，其特征在于：所述的布袋除尘器一、布袋除尘器二、电解液挥发冷凝装置、布袋除尘器三、二燃室、烟气冷却器、碱液喷淋装置一、碱液喷淋装置二、活性炭吸附装置、引风机一、排放烟囱、引风机二和碱液喷淋装置三组成尾气回收系统。

4.根据权利要求1所述的一种经济型的三元锂电池拆解回收系统，其特征在于：所述的一次破碎机、二次破碎机、三次破碎机、旋风分离器、均通过尾气管路与尾气回收系统连接，布袋除尘器一与电解液挥发冷凝装置连接，电解液挥发冷凝装置分别与冷凝组分存储罐和布袋除尘器三的一端连接，布袋除尘器三的另一端与二燃室连接，二燃室的顶部与热交换器连接，二燃室的底部分别与烟气冷却器、碱液喷淋装置一、碱液喷淋装置二、活性炭吸附装置、引风机一、排放烟囱依次连接。

5.一种基于权利要求1所述的一种经济型的三元锂电池拆解回收系统的回收方法，其特征在于：步骤一、原料废旧电池通过电动葫芦吊至拆包平台，由人工拆包将废旧电池投入料仓，链板匀速将电池输送至振动给料机，均匀投放到皮带输送线一上，将废旧电池输送到一次破碎机，通过破碎后进入二次破碎机，并对大块破碎物进行二破，破碎物再进入三次破碎机后经过风选系统进行多组份分选分离出钢壳，隔膜、黑粉、正负极片进入脱粉器分离黑粉，筛上物进入直线筛一继续分离黑粉，脱粉器和直线筛一分离的黑粉通过负压输送系统集中收集到黑粉动态加热料仓一中，筛上物为正负极片加少量隔膜，与风选分离的钢壳一同进出组合式磁选机分离出磁性物质单独收集，废旧电池中塑料件较多可配套涡电流分选机分离出大块的塑料件单独收集，其余物料通过皮带输送机进入四次破碎机中进行破碎处理；废旧电池从进入一次破碎到三次破碎之间全部氮气保护，防止因破碎而产生起火爆炸等危险；

步骤二、四次破碎之后物料经过直线筛二，分离出破碎过程中脱落的黑粉，仍然通过负压输送至黑粉动态加热料仓一中，筛上物为铜铝极片，通过分料器均匀布料后落入两套铜铝分选系统对铜铝进行一次分选；

步骤三、铜铝分选系统的铜出口由皮带输送机及斗提机、将铜箔输送至五次破碎机中，破碎后落入振动圆盘筛进行异物分离，一层筛将筛上物通过二次铜铝分选机中进行精细分选，铜箔用吨包收集，铝粒通过铝粒负压收集料仓进行收集；筛下物黑粉通过负压输送至黑粉动态加热料仓一中，两个铜铝分选系统进行同样的操作步骤；

步骤四、黑粉动态加热料仓为动态搅拌加热料仓，所有环节分离的黑粉通过负压输送集中收集到这个黑粉负压收集料仓，在加热和搅拌过程中挥发出黑粉中掺杂的电解液，挥发的电解液尾气通过尾气管道集中收集并通过电解质挥发冷凝装置冷凝收集，如果产线产能偏大，出于安全考虑，可以再动态料仓前端再增加一套动态料仓作为缓冲，所有收集的黑粉先在缓存料仓中进行预处理，挥发掉一部分电解液，提高动态料仓的挥发效率，确保料仓中的黑粉挥发掉电解液之后再进入高温回转窑加热焙烧，高温回转窑内部加热的回转筒体经旋转和高低差及扬料板的作用把物料自高点逐步输送到窑尾料仓处冷却后出料，对旋转筒体进行均衡的加热，受热后的筒体将热能传导给物料以达焙烧物料的目的，产生的废气由尾气回收系统回收并达到合格处理排放，焙烧后的物料由负压真空输送机输送至负压收集仓中，并进行储存包装；

步骤五、黑粉动态加热料仓、高温回转窑分别排除的电解液尾气都先通过电解液挥发冷凝装置降温冷凝收集，不能收集的尘气及其他尾气经过二燃室高温处理后再经过烟气冷却器防止二噁英生成，处理过的尾气经过碱液喷淋装置一、碱液喷淋装置二的碱液喷淋去除HF及P后再经过活性炭吸附装置27的吸附，达到环保要求的排放标准，自然排放。

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