CN114843646A - 基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置及其回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于锂离子电池正极集流体活性物质回收技术领域，本发明提出基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收方法，搭建水中脉冲放电汽化正极集流体的试验平台，用ABS绝缘板固定正极和负极，并用同轴电缆连接正极和负极，同轴电缆连接脉冲大电流发生装置，然后用正极和负极夹持正极集流体；置于水箱水中，覆盖盖板，汽化正极集流体。通过在水箱的内部安装负极和正极，并将负极和正极夹持在正极集流体的两侧，使同轴电缆与负极和正极进行同时导电，使脉冲大电流流向正极集流体，正极集流体在极短时间内沉积大量欧姆热，迅速发生汽化，并发生击穿产生等离子体，可以实现正极活性物质、粘合剂、集流体的完全分离，回收锂离子电池有价元素。

Description

基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置及其 回收方法

技术领域

本发明涉及基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置及其回收方法，属于锂离子电池正极活性物质回收技术领域。

背景技术

锂离子电池需求量大但是寿命较短，退役锂离子电池的数量呈指数级增长，退役锂离子电池的回收流程主要为泄放残余电量，拆解外壳、隔膜、塑料和正负极片，分离集流体与正极活性物质，分选回收正负极材料、正极集流体、电池外壳等，其中，最关键的步骤就是将正极材料活性物质从正极集流体(铝箔)及其表面粘合剂中分离。

锂离子电池中的正极活性物质占制造成本的30％～40％；正极活性物质中的锂、钴、镍都属于自然界中的稀缺元素，且超过天然矿藏的含量；正极活性物质中的钴、镍、锰可造成重金属污染，因此将正极活性物质从锂离子电池的正极集流体中分离出来并回收具有十分重要的意义。

目前常用的分离方法主要是机械破碎法、加热分离法和溶剂溶解法，机械破碎法不会破坏粘合剂的结构，与粘合剂混合的活性物质还需要多个复杂步骤才可分离回收，工序繁琐；加热分离法虽然分离率较高，但耗时过长，且会产生有害气体；溶剂溶解法所需要的有机溶剂价格昂贵、毒性高、对操作者和环境易产生危害。

因此我们对此做出改进，提出一种基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置及其回收方法。

发明内容

(一)本发明要解决的技术问题是：传统机械破碎法、加热分离法对正极材料活性物质从正极集流体(铝箔)及其表面粘合剂中分离和回收步骤复杂、工序繁琐、耗时过长，且会产生有害气体；溶剂溶解法所需要的有机溶剂价格昂贵、毒性高、对操作者和环境易产生危害。

(二)技术方案

为了实现上述发明目的，本发明提供了基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收方法，具体操作步骤如下：

步骤1：搭建水中脉冲放电汽化正极集流体的试验平台，用ABS绝缘板固定正极和负极，并用同轴电缆连接正极和负极，同轴电缆上连接脉冲大电流发生装置，然后用正极和负极夹持正极集流体；

步骤2：将整个装置置于水箱中，使水没过整个装置，在水箱上方覆盖盖板，汽化正极集流体；

步骤3：对装置进行通电，同轴电缆连接的脉冲大电流发生装置在放电时有脉冲大电流经过同轴电缆流向正极集流体，此时被电极夹持的正极集流体会发生汽化，并发生击穿产生等离子体，可以实现正极活性物质、粘合剂、集流体的完全分离；

步骤4：将水箱中的水过滤离心分离后回收正极活性物质。

本发明还提供了一种基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置，应用于上述的基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收方法，包括负极与正极，所述负极和正极的底部固定安装有底板，所述负极和正极的中部夹持连接有正极集流体，所述负极和正极的尾端夹持连接有同轴电缆，所述正极集流体的底部垫放安装有垫块，所述底板、负极和正极均安装在水箱的内部。

其中，所述正极包括导电板和第一铜板，且所述第一铜板的上方安装有第二铜板，所述第一铜板和第二铜板中部开设有第二连接孔并贯穿安装有第一螺栓，所述导电板的上方安装有压板，所述导电板和压板的连接处开设有线槽，且所述导电板和压板中部开设有第一连接孔并贯穿安装有第二螺栓，所述负极和正极结构一致。

其中，所述底板的底部安装有固定机构，所述固定机构包括支撑台，所述支撑台的上方开设有第一滑槽，所述支撑台的底部开设有与第一滑槽方向垂直的第二滑槽，且所述第一滑槽的内部固定连接有第一弹簧，所述第一弹簧的尾端连接有第一滑块，所述第一滑块的外侧连接有第一夹板，所述第二滑槽的内部固定连接有第二弹簧，所述第二弹簧的尾端连接有第二滑块，所述第二滑块的外侧连接有第二夹板。

其中，所述第一夹板和第二夹板的数量均为两个，且两个第一夹板和两个第二夹板分别安装在支撑台的四个侧面上。

其中，所述水箱的内部填充有水，且水的液面高度高于负极和正极的高度，并保持3-5cm距离。

其中，所述底板和垫块均为ABS绝缘板，且所述垫块的厚度值与第一铜板的厚度值一致。

其中，所述水箱的上方安装有箱盖，所述箱盖与水箱之间保持密封连接，且所述箱盖的底部下凹并跨在水箱的上壁边缘。

其中，所述负极的尾端开设有与线槽同轴心的通孔，且所述负极上的通孔直径值小于线槽的直径值。

(三)有益效果

本发明所提供的基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置及其回收方法，其有益效果是：

1、通过在水箱的内部安装负极和正极，并将负极和正极夹持在正极集流体的两侧，使同轴电缆与负极和正极进行同时导电，同轴电缆外端连接一个脉冲大电流发生装置，在放电时，会有脉冲大电流经过同轴电缆流向正极集流体，此时正极集流体上被负极和正极夹持的区域(铝箔)会发生汽化，产生等离子体并击穿，可以实现正极活性物质、粘合剂、集流体的完全分离，后续将水箱中的水过滤离心分离即可回收正极活性物质，能够将正极活性物质从锂离子电池正极集流体中分离出来，回收锂离子电池有价元素。

2、通过在负极和正极的底部连接有底板，且底板的中部安装有垫块，便于通过底板对负极和正极进行固定支撑，避免负极和正极在进行导电使用过程中出现晃动，确保负极、正极和正极集流体在加工过程中始终位于水箱内部的水面下方，便于对正极集流体进行回收，且垫块垫放在正极集流体的底部，便于对正极集流体进行支撑，避免正极集流体在夹持过程中出现形变和撕裂，保证对正极集流体的顺利加工和回收。

3、通过在底板的底部安装有固定机构，且固定机构中部安装的第一夹板和第二夹板对底板的四个侧面进行夹持固定，避免底板在水箱的内部进行使用中出现错位，且第一夹板和第二夹板分别通过第一弹簧和第二弹簧进行连接，便于保证第一夹板和第二夹板的夹持力度，并对不同大小的底板进行一致使用便于装置的固定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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为本申请提供的基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置及其回收方法的结构示意图；

图2为本申请提供的基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置及其回收方法的结构局部示意图；

图3为本申请提供的基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置及其回收方法的正极示意图；

图4为本申请提供的基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置及其回收方法的固定机构示意图。

图中：1、水箱；2、箱盖；3、底板；4、负极；5、正极；51、导电板；52、第一铜板；53、第二铜板；54、压板；55、线槽；56、第一连接孔；57、第二连接孔；58、第一螺栓；59、第二螺栓；6、垫块；7、正极集流体；8、固定机构；81、支撑台；82、第一滑槽；83、第二滑槽；84、第一夹板；85、第一滑块；86、第一弹簧；87、第二夹板；88、第二滑块；89、第二弹簧；9、同轴电缆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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-图4所示，本发明是汽化正极集流体然后达到回收活性物质的目的，为了实现上述目的本实施方式提出基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收方法，具体操作步骤如下：

步骤1：搭建水中脉冲放电汽化正极集流体的试验平台，用ABS绝缘板固定正极和负极，并用同轴电缆连接正极和负极，同轴电缆上连接脉冲大电流发生装置，然后用正极和负极夹持正极集流体；

步骤2：将整个装置置于水箱中，使水没过整个装置，在水箱上方覆盖盖板，汽化正极集流体；

步骤3：对装置进行通电，同轴电缆连接的脉冲大电流发生装置在放电时有脉冲大电流经过同轴电缆流向正极集流体，此时被电极夹持的正极集流体会发生汽化，产生等离子体并击穿，可以实现正极活性物质、粘合剂、集流体的完全分离；

步骤4：将水箱中的水过滤离心分离后回收正极活性物质。

本发明还提供了一种基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置，应用于上述的基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收方法，包括负极4与正极5，负极4和正极5的底部固定安装有底板3，负极4和正极5的中部夹持连接有正极集流体7，负极4和正极5的尾端夹持连接有同轴电缆9，正极集流体7的底部垫放安装有垫块6，底板3、负极4和正极5均安装在水箱1的内部。

正极5包括导电板51和第一铜板52，且第一铜板52的上方安装有第二铜板53，第一铜板52和第二铜板53中部开设有第二连接孔57并贯穿安装有第一螺栓58，导电板51的上方安装有压板54，导电板51和压板54的连接处开设有线槽55，且导电板51和压板54中部开设有第一连接孔56并贯穿安装有第二螺栓59，负极4和正极5结构一致，导电板51和压板54对同轴电缆9进行夹持连接，保证同轴电缆9的安装固定，且第一铜板52和第二铜板53对正极集流体7进行夹持，将正极集流体7上进行通电，便于使同轴电缆9和正极集流体7进行联通，将同轴电缆9上通电产生的脉冲电流通向正极集流体7内部，进行正极集流体7的汽化分离，便于对正极集流体7中的正极活性物质进行回收。

底板3的底部安装有固定机构8，固定机构8包括支撑台81，支撑台81的上方开设有第一滑槽82，支撑台81的底部开设有与第一滑槽82方向垂直的第二滑槽83，且第一滑槽82的内部固定连接有第一弹簧86，第一弹簧86的尾端连接有第一滑块85，第一滑块85的外侧连接有第一夹板84，第二滑槽83的内部固定连接有第二弹簧89，第二弹簧89的尾端连接有第二滑块88，第二滑块88的外侧连接有第二夹板87，通过对底板3进行固定，保证底板3上安装的负极4和正极5及正极集流体7在使用过程中的稳定，避免水箱1内部进行放点脉冲时产生的冲击力对负极4和正极5进行干扰晃动，保证装置的使用效果。

第一夹板84和第二夹板87的数量均为两个，且两个第一夹板84和两个第二夹板87分别安装在支撑台81的四个侧面上第一夹板84和第二夹板87分别由对底板3的四个侧面进行夹持，保证底板3的固定效果，避免装置晃动。

水箱1的内部填充有水，且水的液面高度高于负极4和正极5的高度，并保持3-5cm距离，水箱1内部的液体进行导电，便于对正极集流体7进行水中脉冲的汽化，使正极集流体7中的正极活性物质溶于水中，便于后续进行回收分离，且避免污染空气。

底板3和垫块6均为ABS绝缘板，且垫块6的厚度值与第一铜板52的厚度值一致，底板3和垫块6具有绝缘效果，仅对正极集流体7的使用进行辅助支撑，不会产生正极集流体7的变形和断裂现象，便于正极集流体7的加工回收。

水箱1的上方安装有箱盖2，箱盖2与水箱1之间保持密封连接，且箱盖2的底部下凹并跨在水箱1的上壁边缘，箱盖2对水箱1的顶部进行遮盖，避免水箱1的内部通电汽化过程中水汽溢出，造成元素的流逝和空气的污染，保证装置的使用安全。

负极4的尾端开设有与线槽55同轴心的通孔，且负极4上的通孔直径值小于线槽55的直径值，负极4的尾端的通孔对同轴电缆9的前端进行夹持固定，使正极集流体7中形成完整的回路，便于对正极集流体7进行电流脉冲汽化，使正极集流体7中的正极活性物质、粘合剂、集流体的完全分离，回收锂离子电池有价元素。

具体的，本基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置及其回收方法在使用时：水箱1的内部固定安装有固定机构8，在固定机构8的上方固定底板3，并在底板3的上方固定连接负极4和正极5，且在负极4和正极5的尾端固定连接同轴电缆9，在负极4和正极5的前端夹持正极集流体7，并通过垫块6对正极集流体7的底部进行支撑垫放，随后在水箱1的内部注入清水，使清水的液面高于负极4和正极5三至五厘米，将箱盖2扣紧在水箱1的上方，随后通过同轴电缆9上连接脉冲大电流发生装置，放电时，会有脉冲大电流经过同轴电缆9流向正极集流体7，此时正极集流体7上被负极4和正极5夹持的区域正极集流体会发生汽化，并发生击穿产生等离子体，可以实现正极活性物质、粘合剂、集流体的完全分离，后续将水箱1中的水过滤离心分离即可回收正极活性物质，能够将正极活性物质从锂离子电池正极集流体中分离出来，回收锂离子电池有价元素，操作方便，且在固定机构8的使用过程中，向四周对第一夹板84和第二夹板87进行拉扯，随后将底板3夹持在第一夹板84和第二夹板87的中部，并通过第一夹板84和第二夹板87上连接的第一弹簧86和第二弹簧89带动第一夹板84和第二夹板87复位夹紧，使底板3定位，即可。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

步骤1：搭建水中脉冲放电汽化正极集流体的试验平台，用ABS绝缘板固定正极和负极，并用同轴电缆连接正极和负极，同轴电缆上连接脉冲大电流发生装置，然后用正极和负极夹持正极集流体；

步骤2：将整个装置置于水箱中，使水没过整个装置，在水箱上方覆盖盖板，汽化正极集流体；

步骤3：对装置进行通电，同轴电缆连接的脉冲大电流发生装置在放电时有脉冲大电流经过同轴电缆流向正极集流体，此时被电极夹持的正极集流体会发生汽化，并发生击穿产生等离子体，可以实现正极活性物质、粘合剂、集流体的完全分离；

步骤4：将水箱中的水过滤离心分离后回收正极活性物质。

2.一种基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置，应用于权利要求1所述的基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收方法，其特征在于：包括负极(4)与正极(5)，所述负极(4)和正极(5)的底部固定安装有底板(3)，所述负极(4)和正极(5)的中部夹持连接有正极集流体(7)，所述负极(4)和正极(5)的尾端夹持连接有同轴电缆(9)，所述正极集流体(7)的底部垫放安装有垫块(6)，所述底板(3)、负极(4)和正极(5)均安装在水箱(1)的内部。

3.根据权利要求2所述的一种基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置，其特征在于：所述正极(5)包括导电板(51)和第一铜板(52)，且所述第一铜板(52)的上方安装有第二铜板(53)，所述第一铜板(52)和第二铜板(53)中部开设有第二连接孔(57)并贯穿安装有第一螺栓(58)，所述导电板(51)的上方安装有压板(54)，所述导电板(51)和压板(54)的连接处开设有线槽(55)，且所述导电板(51)和压板(54)中部开设有第一连接孔(56)并贯穿安装有第二螺栓(59)，所述负极(4)和正极(5)结构一致。

4.根据权利要求2所述的一种基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置，其特征在于：所述底板(3)的底部安装有固定机构(8)，所述固定机构(8)包括支撑台(81)，所述支撑台(81)的上方开设有第一滑槽(82)，所述支撑台(81)的底部开设有与第一滑槽(82)方向垂直的第二滑槽(83)，且所述第一滑槽(82)的内部固定连接有第一弹簧(86)，所述第一弹簧(86)的尾端连接有第一滑块(85)，所述第一滑块(85)的外侧连接有第一夹板(84)，所述第二滑槽(83)的内部固定连接有第二弹簧(89)，所述第二弹簧(89)的尾端连接有第二滑块(88)，所述第二滑块(88)的外侧连接有第二夹板(87)。

5.根据权利要求4所述的一种基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置，其特征在于：所述第一夹板(84)和第二夹板(87)的数量均为两个，且两个第一夹板(84)和两个第二夹板(87)分别安装在支撑台(81)的四个侧面上。

6.根据权利要求2所述的一种基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置，其特征在于：所述水箱(1)的内部填充有水，且水的液面高度高于负极(4)和正极(5)的高度，并保持3-5cm距离。

7.根据权利要求2所述的一种基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置，其特征在于：所述底板(3)和垫块(6)均为ABS绝缘板，且所述垫块(6)的厚度值与第一铜板(52)的厚度值一致。

8.根据权利要求2所述的一种基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置，其特征在于：所述水箱(1)的上方安装有箱盖(2)，所述箱盖(2)与水箱(1)之间保持密封连接，且所述箱盖(2)的底部下凹并跨在水箱(1)的上壁边缘。

9.根据权利要求3所述的一种基于水中脉冲放电汽化正极集流体的活性物质回收装置，其特征在于：所述负极(4)的尾端开设有与线槽(55)同轴心的通孔，且所述负极(4)上的通孔直径值小于线槽(55)的直径值。

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