CN114875229A - 一种电芯组合热处理成套装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电芯组合热处理成套装置，包括保温壳体，保温壳体内设有干化炉壳、碳化炉壳和焚烧炉壳，干化炉壳内设有干化内壳，干化内壳上设有进料口，碳化炉壳内设有集料壳，集料壳内设有筛分机构，干化内壳与筛分机构连通，集料壳与焚烧炉壳连通，焚烧炉壳上设有正极材料出口。本发明的有益效果：低温区热处理及搅拌使得电解质全部分解，分解后的电解质被石灰乳吸收，电解液达到无害化；中间区域无氧碳化环境，使得粘结剂失效，让电极材料从载流体有效剥离，同时裂解产生的裂解气进入高温区助燃；高温区富氧煅烧，使得正极材料中石墨、导电乙炔及其他碳化物转化成二氧化碳，获得相对纯净的正极材料。

Description

一种电芯组合热处理成套装置

技术领域

本发明属于电芯的回收技术领域，具体为一种电芯组合热处理成套装置。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液和壳体组成。在工业上，厂家主要使用钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂三元材料和磷酸亚铁锂等作为锂离子电池的正极材料，以天然石墨和人造石墨作为负极活性物质。聚偏氟己稀(PVDF)是一种广泛使用的正极粘结剂，粘度大，具有良好的化学稳定性和物理性能。工业生产的锂离子电池主要采用电解质六氟磷酸锂(LiPF₆)和有机溶剂配置的溶液作为电解液，利用有机膜，如多孔状的聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等聚合物作为电池的隔膜。锂离子电池被普遍认为是环保无污染的绿色电池，但锂离子电池的回收不当同样会产生污染。锂离子电池虽然不含汞、镉、铅等有毒重金属，但电池的正负极材料、电解液等对环境和人体的影响仍然较大。

如果采用普通处理方法处理锂离子电池(填埋、焚烧、堆肥)，电池中的钴、镍、锂、锰等金属，以及各类有机、无机化合物将造成金属污染、有机物污染、粉尘污染、酸碱污染。锂离子电解质机器转化物，如LiPF₆、六氟合砷酸锂(LiAsF₆)、三氟甲磺酸锂(LiCF₃SO₃)、氢氟酸(HF)等，溶剂和水解产物如乙二醇二甲醚(DME)、甲醇、甲酸等都是有毒物质。因此，废旧锂离子电池需要经过回收处理，减少对自然环境和人类身体健康的危害。

目前市场常用的废锂电池前处理多采用破碎方式，粉碎机的出料端连接有分析机，分析机的极片颗粒出料端连接有摇摆筛，分析机的粉料出口连接有二除尘装置；摇摆筛的中部出口连接有研磨机，研磨机的出料口连接有研磨集料器，研磨集料器的顶端粉料出口连接有三除尘装置，研磨集料器的底端开口连接有旋振筛。摇摆筛包括三个出料口，顶部出料口用于筛出大颗粒铜铝颗粒，底部出料口用于筛出黑粉，中部出料口筛出通过比重分离不开的物料。

但是该种处理方式存在诸多弊端：

(1)粉碎过程造成电解液的逸散，遇水生成氢氟酸，环境毒性极大；

(2)粗劣的破碎和筛分形式获得黑粉含有大量的粒径极小的金属碎屑，后续黑粉利用过程含有大量的杂质，极大的降低了黑粉的利用价值。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供了一种电芯组合热处理成套装置，解决了电解液的有效处置、载流体相对洁净的回收、获得相对纯净的正极材料的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种电芯组合热处理成套装置，包括保温壳体，保温壳体内由上至下设有干化炉壳、碳化炉壳和焚烧炉壳，干化炉壳内设有干化内壳，干化内壳上设有进料口，碳化炉壳内设有集料壳，集料壳内设有筛分机构，干化内壳通过第一下料通道与筛分机构连通，集料壳通过第二下料通道与焚烧炉壳连通，焚烧炉壳上设有正极材料出口。

进一步的，所述的焚烧炉壳通过第二烟气通道与碳化炉壳连通，碳化炉壳通过第一烟气通道与干化炉壳连通，干化炉壳上设有烟气排放口。

进一步的，所述的筛分机构通过裂解气通道与焚烧炉壳连通。

进一步的，所述的干化内壳上设有蒸汽出口。

进一步的，所述的干化内壳内设有旋转的第一搅拌耙。

进一步的，所述的筛分机构为滚筒筛，滚筒筛旋转设在集料壳内。

进一步的，所述的滚筒筛的侧部设有箔料出口。

进一步的，所述的焚烧炉壳内设有火焰喷射器，火焰喷射器与天然气进口连通。

进一步的，所述的焚烧炉壳内设有旋转的第二搅拌耙。

进一步的，所述的干化炉壳的内部形成150～220℃的低温区，碳化炉壳的内部形成500～600℃的中温区，焚烧炉壳的内部形成900～1000℃的高温区。

本发明的创造点：

1、组合热处理装置设有低温、中温、高温区三个区域；

2、高温区设有火焰燃烧器和空气入口，物料直接在高温环境下富氧燃烧，将物料中的有机部分全部焚尽。

3、高温区产生的烟气阶梯进入中温区、低温区的壳层，利用高温烟气的载热为中温区和低温区加热。

4、中温和低温区同时配壳层同时配有温度检测和冷风接口，可以精确控制温度。

5、物料进入低温区后，在搅拌桨的搅拌作用下，不断被壳体传热，造成电解液的不算分解，分解后的电解液通过出口被石灰乳吸收，形成无害化。

6、之后物料进入中温区，中温区设有转动的筛分装置，通过不断的正传、反转及内部构件的碰撞，造成电极材料从载流体上有效剥离，同时被筛分出去。

7、被剥离的载流体进入出料区被排出系统，降温后排出装置，实现回收。

8、筛分后的正极材料进入高温区，实现富氧燃烧，有机物焚尽后，获得相对清洁的正极材料。

本发明的有益效果：

1、低温区热处理及搅拌使得电解质全部分解，分解后的电解质被石灰乳吸收，电解液达到无害化。

2、中间区域无氧碳化环境，使得粘结剂失效，让电极材料从载流体有效剥离，同时裂解产生的裂解气进入高温区助燃。

3、高温区富氧煅烧，使得正极材料中石墨、导电乙炔及其他碳化物转化成二氧化碳，获得相对纯净的正极材料。

4、热能的分级利用，利用高温煅烧产生的热能，阶梯传递，形成不同的区域。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

附图说明

图1是本发明的结构立体图。

图2是本发明的正面剖视图。

图3是本发明的结构侧视图。

图4是本发明的侧面剖视图。

图5是本发明的温度分布图。

图中：1-保温壳体，2-干化炉壳，3-干化内壳，4-第一下料通道，5-碳化炉壳，6-集料壳，7-滚筒筛，8-第二下料通道，10-焚烧炉壳，11-裂解气通道，12-第二烟气通道，13-第一烟气通道，14-进料口，15-蒸汽出口，16-烟气排放口，17-第一搅拌耙，18-第二搅拌耙，19-火焰喷射器，20-正极材料出口，21-天然气进口，22-箔料出口，23-烟气流道。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

实施例1：

参考图1～图5所示，一种电芯组合热处理成套装置，包括保温壳体1，保温壳体1内由上至下设有干化炉壳2、碳化炉壳5和焚烧炉壳10，干化炉壳2内设有干化内壳3，碳化炉壳5内设有集料壳6，集料壳6内设有筛分机构。干化炉壳2的内部形成150～220℃的低温区，碳化炉壳5的内部形成500～600℃的中温区，焚烧炉壳10的内部形成900～1000℃的高温区。

干化内壳3的左上部设有进料口14，干化内壳3的中上部设有蒸汽出口15，干化炉壳2的右上部设有烟气排放口16，干化内壳3内设有水平旋转的第一搅拌耙17，第一搅拌耙17通过电机驱动旋转，具有搅拌输送的功能。碳化炉壳5的上部通过第一烟气通道13与干化炉壳2的下部连通，干化炉壳2与干化内壳3之间形成烟气流道23。

电芯经过破碎、打散、风选等工艺，最后产物进入干化炉壳2，从上面最左侧的进料口14进入，最上层的干化炉壳2起到干燥作用，去除电芯中的水分，类似于“耙式干燥机”，物料进入内部通过耙式搅拌加速干燥速度。干化炉壳2内部为热源层，热源为下方燃烧的烟气，通过最右侧的烟气排放口16排出，进入烟气处理系统(如喷淋等)。因电芯含有有毒易挥发电解质，中间的蒸汽出口15为有毒有害气体处理排放口，后接有毒有害气体处理系统。

干化内壳3的右下部通过第一下料通道4与筛分机构的右中部连通，筛分机构为滚筒筛7，滚筒筛7水平旋转设在集料壳6内，滚筒筛7通过电机驱动旋转，滚筒筛7的侧部设有箔料出口22。筛分机构的右上部通过裂解气通道11与焚烧炉壳10的右下部连通，焚烧炉壳10的上部通过第二烟气通道12与碳化炉壳5的下部连通，碳化炉壳5与集料壳6之间形成烟气流道。

经过干燥后的电芯进入中间的碳化炉壳5，炭化炉壳内部采用滚筒筛结构，边碳化边转动，正极材料(含锂离子、粉状)筛出落入中间的集料壳6，通过不断搅拌、震动，滚筒筛7内的铜箔、铝箔等载体，最后通过电机反转，从最左侧倾斜的箔料出口22排出(原理类似水泥搅拌罐或炒瓜子炉，正转搅拌、反转出料)。碳化产生的裂解气送入下面焚烧炉壳一起参加燃烧产热，既有效处理了裂解气，又提供热能来源。

集料壳6的下部通过第二下料通道8与焚烧炉壳10的上部连通，焚烧炉壳10的底部排列设有若干火焰喷射器19，火焰喷射器19与天然气进口21连通。焚烧炉壳10内设有水平旋转的第二搅拌耙18，第二搅拌耙18通过电机驱动旋转。焚烧炉壳10的右下部设有正极材料出口20。

含有锂离子的正极材料最终落入焚烧炉壳10，焚烧炉壳10通过火焰喷射器对正极材料进行焚烧，无轴螺旋将正极材料输送到右下角排出，螺旋既起到输送正极材料的作用也起到搅拌作用。

处理时，用于处理经过精确拆解和风选后得到的物质，其主要成分为正负极材料及载流体及混杂的电解液。

经过低温区热处理后，混杂的电解液全部气化后被石灰乳液吸收后实现了无害化。物料在中间区域被加热至一定温度，在无氧条件下，粘结剂等物质被气化后剩下固体碳化物，电极材料从载流体上完全剥离，剥离后的载流体被排出系统，裂解气化物混入第一阶段作为辅助热源烧掉。物料进入底部区域在过氧条件下被加热燃烧，将物料中的残碳焚尽，获得纯度较高的正极材料。

本发明是一种高效且洁净的电芯预处理装置，实现了电解液的无害化处置，粘结剂的破坏，载流体的剥离、正极材料的煅烧除杂工作，获得了相对纯净的载流体和正极材料。

前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电芯组合热处理成套装置，包括保温壳体(1)，其特征在于：所述的保温壳体(1)内由上至下设有干化炉壳(2)、碳化炉壳(5)和焚烧炉壳(10)，干化炉壳(2)内设有干化内壳(3)，干化内壳(3)上设有进料口(14)，碳化炉壳(5)内设有集料壳(6)，集料壳(6)内设有筛分机构，干化内壳(3)通过第一下料通道(4)与筛分机构连通，集料壳(6)通过第二下料通道(8)与焚烧炉壳(10)连通，焚烧炉壳(10)上设有正极材料出口(20)。

2.根据权利要求1所述的电芯组合热处理成套装置，其特征在于：所述的焚烧炉壳(10)通过第二烟气通道(12)与碳化炉壳(5)连通，碳化炉壳(5)通过第一烟气通道(13)与干化炉壳(2)连通，干化炉壳(2)上设有烟气排放口(16)。

3.根据权利要求1或2所述的电芯组合热处理成套装置，其特征在于：所述的筛分机构通过裂解气通道(11)与焚烧炉壳(10)连通。

4.根据权利要求1所述的电芯组合热处理成套装置，其特征在于：所述的干化内壳(3)上设有蒸汽出口(15)。

5.根据权利要求1或4所述的电芯组合热处理成套装置，其特征在于：所述的干化内壳(3)内设有旋转的第一搅拌耙(17)。

6.根据权利要求1所述的电芯组合热处理成套装置，其特征在于：所述的筛分机构为滚筒筛(7)，滚筒筛(7)旋转设在集料壳(6)内。

7.根据权利要求6所述的电芯组合热处理成套装置，其特征在于：所述的滚筒筛(7)的侧部设有箔料出口(22)。

8.根据权利要求1所述的电芯组合热处理成套装置，其特征在于：所述的焚烧炉壳(10)内设有火焰喷射器(19)，火焰喷射器(19)与天然气进口(21)连通。

9.根据权利要求1或8所述的电芯组合热处理成套装置，其特征在于：所述的焚烧炉壳(10)内设有旋转的第二搅拌耙(18)。

10.根据权利要求1所述的电芯组合热处理成套装置，其特征在于：所述的干化炉壳(2)的内部形成150～220℃的低温区，碳化炉壳(5)的内部形成500～600℃的中温区，焚烧炉壳(10)的内部形成900～1000℃的高温区。

Images