CN209923401U - 一种用于锂离子电池正极材料还原的氢化还原炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于锂离子电池正极材料还原的氢化还原炉，包括送料机构、加热还原机构和出料机构，所述送料机构的输出端与加热还原机构的输入端连接，所述加热还原机构的输出端与出料机构的输入端连接，所述加热还原机构上连接有氢气管，所述出料机构上连接有氮气管和用于加热还原机构的出料冷却的冷却系统。本实用新型中的氢化还原炉主要包括送料机构、加热还原机构与出料机构，结构简单，组成部件少，并且可实现氢化炉中的高效氢化还原，有利于促进锂离子电池正极材料的高效回收。
Description
技术领域
本实用新型属于锂离子电池回收领域，尤其涉及一种氢化还原炉。
背景技术
锂离子电池自商业化以来，由于其能量密度高，工作电压高，无记忆效应，循环寿命长被广泛用作各种移动设备的电源。锂离子电池的结构由正极和负极等主要部分组成，正极一般是正极活性物质、乙炔黑、粘结剂均匀混合涂布在铝箔集流体上。在锂离子电池体系中，正极材料的成本约占电池总成本的30-40％，因此如果需要将锂电池正极材料进行回收利用，以节约成本和保护环境。
中国专利文献CN104577248A中公开了一种锂离子正极材料回收方法，该方法先将锂正极材料经前处理得到钴酸锂粉末，再将钴酸锂粉末经氢化处理、水解除锂、固液分离即可实现锂与钴的分离，并实现锂与钴的高效回收。该回收方法中，氢化过程中所用到的装置结构复杂，能源利用率不高，能耗较大，不符合可持续发展的要求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种结构简单、能源利用率高、可高效氢化锂离子正极材料的氢化还原炉。为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
一种用于锂离子电池正极材料还原的氢化还原炉，包括送料机构、加热还原机构和出料机构，所述送料机构的输出端与加热还原机构的输入端连接，所述加热还原机构的输出端与出料机构的输入端连接，所述加热还原机构上连接有氢气管，所述出料机构上连接有氮气管和用于加热还原机构的出料冷却的冷却系统；
所述氮气管上连接有压缩空气制氮系统，所述压缩空气制氮系统包括空气压缩机、第一空气储罐、冻干机、活性炭过滤器、第二空气储罐、吸附塔与氮气储罐；所述空气压缩机通过第一管路与第一空气储罐连接，所述第一空气储罐通过第二管路与冻干机连接，所述冻干机通过第三管路与活性炭过滤器连接，所述活性炭过滤器通过第四管路与第二空气储罐连接，所述第二空气储罐通过第五管路与吸附塔连接，所述吸附塔通过第六管路与氮气储罐连接，所述氮气储罐通过第七管路与氮气管连接；所述第二管路、第三管路、第四管路上设有过滤器；
所述氢气管上连接有氨分解制氢系统，所述氨分解制氢系统包括液氨储罐、液氨汽化器、换热器、氨分解装置与干燥器，所述液氨储罐通过液氨输送管与液氨汽化器连接，所述液氨汽化器通过氨气输送管与氨分解装置连接，所述氨分解装置通过氢氮混合气体管与干燥器连接，所述干燥器的通过干燥气出口管与所述氢气管连接。
上述氢化还原炉中，优选的，所述氢氮混合气体管上设有换热系统，所述换热系统包括一级换热系统与二级换热系统，所述一级换热系统设于所述液氨汽化器内部，所述二级换热系统设于氨气输送管上。氨分解装置中出来的氢氮混合气体温度较高，在氢氮混合气体管中设置一级换热系统与二级换热系统用于气化液氨，可以大大提高能源利用率。
上述氢化还原炉中，优选的，所述氨分解制氢系统还包括用于收集干燥器中吸收的残留液氨的再生还原管路，所述再生还原管路的一端连接所述干燥器的底部，另一端连接所述液氨输送管。再生还原管路的设置可以回收利用残留的液氨，减小液氨排放的同时，提高资源利用率。
上述氢化还原炉中，优选的，所述氢化还原炉还包括用于控制加热还原机构内腔温度的温度控制系统、用于控制加热还原机构内腔氢气浓度的氢气流量控制系统和用于控制出料机构中氮气浓度的氮气流量控制系统。
上述氢化还原炉中，优选的，所述温度控制系统包括设于加热还原机构内腔的自动温度感应器和用于依据自动温度感应器的反馈数据控制加热还原机构内腔温度的温控系统。在还原锂离子电池正极材料时，还原温度的控制是很重要的参数，上述温度控制系统可以方便的控制加热还原机构内腔的温度，以精确控制待加工物料的加热还原温度，达到氢化还原的效果。
上述氢化还原炉中，优选的，所述氢气流量控制系统包括设于加热还原机构内腔的氢气浓度感应器与设有氢气管上的、用于依据氢气浓度感应器的反馈数据控制进入加热还原机构内腔氢气流量的氢气自动控制阀门。加热还原机构内腔的氢气浓度需要得到合理的控制，上述氢气流量控制系统可以实现加热还原机构内腔氢气浓度的控制。
上述氢化还原炉中，优选的，所述氮气流量控制系统包括设于出料机构内腔的氮气浓度感应器与设有氮气管上的、用于依据氮气浓度感应器的反馈数据控制进入加热还原机构内腔氮气流量的氮气自动控制阀门。出料机构中的通入氮气是为了防止空气与加热还原炉中的氢气混合，防止爆炸，氮气的浓度一般控制为爆炸极限以外即可。
上述氢化还原炉中，优选的，所述冷却系统为循环水冷却系统，所述循环水冷却系统包括设于出料机构外表面的水套、与水套连接的进水管和与水套连接的出水管。采用循环水冷却系统可以给出料机构内腔降温，另外，循环水冷却系统工艺操作简单，成本低，循环水中的热量还可以及时回收。
上述氢化还原炉中，优选的，所述干燥器并联设有两个，所述吸附塔并联设有两个。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
1、本实用新型中的氢化还原炉主要包括送料机构、加热还原机构与出料机构，结构简单，组成部件少，并且可实现氢化炉中的高效氢化还原，有利于促进锂离子电池正极材料的高效回收。
2、本实用新型氢化还原炉的氮气来源采用压缩空气制氮系统供应，压缩空气制氮系统结构简单，氮气纯度高，与氢化还原炉一起配合使用，可降低锂离子电池氢化还原的成本。
3、本实用新型氢化还原炉的氢气来源采用氨分解制氢系统供应，氨分解制氢系统结构简单，氢气纯度高，供应量充足，与氢化还原炉一起配合使用，可降低锂离子电池氢化还原的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为实施例中氢化还原炉的结构示意图。
图2为实施例中压缩空气制氮系统的结构示意图。
图3为实施例中氨分解制氢系统的结构示意图。
图例说明：
1、送料机构；2、加热还原机构；3、出料机构；4、氢气管；5、氮气管；6、冷却系统；61、水套；62、进水管；63、出水管；7、自动温度感应器；8、温控系统；9、氢气浓度感应器；10、氢气自动控制阀门；11、氮气浓度感应器；12、氮气自动控制阀门；13、装料托盘；101、空气压缩机；102、第一空气储罐；103、冻干机；104、活性炭过滤器；105、第二空气储罐；106、吸附塔；107、氮气储罐；108、过滤器；1001、第一管路；1002、第二管路；1003、第三管路；1004、第四管路；1005、第五管路；1006、第六管路；1007、第七管路；201、液氨储罐；202、液氨汽化器；204、氨分解装置；205、干燥器；206、一级换热系统；207、二级换热系统；2001、液氨输送管；2002、氨气输送管；2003、氢氮混合气体管；2004、干燥气出口管；2005、再生还原管路。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本实用新型的保护范围。
除非另有特别说明，本实用新型中用到的各种仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例：
如图1所示，本实施例的用于锂离子电池正极材料还原的氢化还原炉，包括送料机构1(通过装料托盘13送料)、加热还原机构2和出料机构3，送料机构1的输出端与加热还原机构2的输入端连接，加热还原机构2的输出端与出料机构3的输入端连接，加热还原机构2上连接有氢气管4，出料机构3上连接有氮气管5和用于加热还原机构2的出料冷却的冷却系统6。
如图2所示，本实施例中，氮气管5上连接有压缩空气制氮系统，压缩空气制氮系统包括空气压缩机101、第一空气储罐102、冻干机103、活性炭过滤器104、第二空气储罐105、吸附塔106与氮气储罐107；空气压缩机101通过第一管路1001与第一空气储罐102连接，第一空气储罐102通过第二管路1002与冻干机103连接，冻干机103通过第三管路1003与活性炭过滤器104连接，活性炭过滤器104通过第四管路1004与第二空气储罐105连接，第二空气储罐105通过第五管路1005与吸附塔106连接，吸附塔106通过第六管路1006与氮气储罐107连接，氮气储罐107通过第七管路1007与氮气管5连接；第二管路1002、第三管路1003、第四管路1004上设有过滤器108。上述吸附塔106主要用于吸收残留的杂质，过滤器108主要用于过滤除去水分。
如图3所示，本实施例中，氢气管4上连接有氨分解制氢系统，氨分解制氢系统包括液氨储罐201、液氨汽化器202、氨分解装置204与干燥器205，液氨储罐201通过液氨输送管2001与液氨汽化器202连接，液氨汽化器202通过氨气输送管2002与氨分解装置204连接，氨分解装置204通过氢氮混合气体管2003与干燥器205连接，干燥器205的通过干燥气出口管2004与氢气管4连接。
本实施例中，氢氮混合气体管2003上设有换热系统，换热系统包括一级换热系统206与二级换热系统207，一级换热系统206设于液氨汽化器202内部，二级换热系统207设于氨气输送管2002上。氨分解装置204中出来的氢氮混合气体温度较高，在氢氮混合气体管2003中设置一级换热系统206与二级换热系统207用于气化液氨，可以大大提高能源利用率。
本实施例中，氨分解制氢系统还包括用于收集干燥器205中吸收的残留液氨的再生还原管路2005，再生还原管路2005的一端连接干燥器205的底部，另一端连接液氨输送管2001。
本实施例中，氢化还原炉还包括用于控制加热还原机构2内腔温度的温度控制系统、用于控制加热还原机构2内腔氢气浓度的氢气流量控制系统和用于控制出料机构3中氮气浓度的氮气流量控制系统。
本实施例中，温度控制系统包括设于加热还原机构2内腔的自动温度感应器7和用于依据自动温度感应器7的反馈数据控制加热还原机构2内腔温度的温控系统8。
本实施例中，氢气流量控制系统包括设于加热还原机构2内腔的氢气浓度感应器9与设有氢气管4上的、用于依据氢气浓度感应器9的反馈数据控制进入加热还原机构2内腔氢气流量的氢气自动控制阀门10。
本实施例中，氮气流量控制系统包括设于出料机构3内腔的氮气浓度感应器11与设有氮气管5上的、用于依据氮气浓度感应器11的反馈数据控制进入加热还原机构2内腔氮气流量的氮气自动控制阀门12。
本实施例中，冷却系统6为循环水冷却系统，循环水冷却系统包括设于出料机构3外表面的水套61、与水套61连接的进水管62和与水套61连接的出水管63。
本实施例中，干燥器205并联设有两个，吸附塔106也并联设有两个。
本实施例中的氢化还原炉，分别连接有压缩空气制氮系统与氨分解制氢系统用于提供氢气与氮气，可实现氢化炉中的高效氢化还原，有利于促进锂离子电池正极材料的高效回收。
Claims (9)
1.一种用于锂离子电池正极材料还原的氢化还原炉，其特征在于，包括送料机构(1)、加热还原机构(2)和出料机构(3)，所述送料机构(1)的输出端与加热还原机构(2)的输入端连接，所述加热还原机构(2)的输出端与出料机构(3)的输入端连接，所述加热还原机构(2)上连接有氢气管(4)，所述出料机构(3)上连接有氮气管(5)和用于加热还原机构(2)的出料冷却的冷却系统(6)；
所述氮气管(5)上连接有压缩空气制氮系统，所述压缩空气制氮系统包括空气压缩机(101)、第一空气储罐(102)、冻干机(103)、活性炭过滤器(104)、第二空气储罐(105)、吸附塔(106)与氮气储罐(107)；所述空气压缩机(101)通过第一管路(1001)与第一空气储罐(102)连接，所述第一空气储罐(102)通过第二管路(1002)与冻干机(103)连接，所述冻干机(103)通过第三管路(1003)与活性炭过滤器(104)连接，所述活性炭过滤器(104)通过第四管路(1004)与第二空气储罐(105)连接，所述第二空气储罐(105)通过第五管路(1005)与吸附塔(106)连接，所述吸附塔(106)通过第六管路(1006)与氮气储罐(107)连接，所述氮气储罐(107)通过第七管路(1007)与氮气管(5)连接；所述第二管路(1002)、第三管路(1003)、第四管路(1004)上设有过滤器(108)；
所述氢气管(4)上连接有氨分解制氢系统，所述氨分解制氢系统包括液氨储罐(201)、液氨汽化器(202)、氨分解装置(204)与干燥器(205)，所述液氨储罐(201)通过液氨输送管(2001)与液氨汽化器(202)连接，所述液氨汽化器(202)通过氨气输送管(2002)与氨分解装置(204)连接，所述氨分解装置(204)通过氢氮混合气体管(2003)与干燥器(205)连接，所述干燥器(205)的通过干燥气出口管(2004)与所述氢气管(4)连接。
2.根据权利要求1所述的氢化还原炉，其特征在于，所述氢氮混合气体管(2003)上设有换热系统，所述换热系统包括一级换热系统(206)与二级换热系统(207)，所述一级换热系统(206)设于所述液氨汽化器(202)内部，所述二级换热系统(207)设于氨气输送管(2002)上。
3.根据权利要求1所述的氢化还原炉，其特征在于，所述氨分解制氢系统还包括用于收集干燥器(205)中吸收的残留液氨的再生还原管路(2005)，所述再生还原管路(2005)的一端连接所述干燥器(205)的底部，另一端连接所述液氨输送管(2001)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的氢化还原炉，其特征在于，所述氢化还原炉还包括用于控制加热还原机构(2)内腔温度的温度控制系统、用于控制加热还原机构(2)内腔氢气浓度的氢气流量控制系统和用于控制出料机构(3)中氮气浓度的氮气流量控制系统。
5.根据权利要求4所述的氢化还原炉，其特征在于，所述温度控制系统包括设于加热还原机构(2)内腔的自动温度感应器(7)和用于依据自动温度感应器(7)的反馈数据控制加热还原机构(2)内腔温度的温控系统(8)。
6.根据权利要求4所述的氢化还原炉，其特征在于，所述氢气流量控制系统包括设于加热还原机构(2)内腔的氢气浓度感应器(9)与设有氢气管(4)上的、用于依据氢气浓度感应器(9)的反馈数据控制进入加热还原机构(2)内腔氢气流量的氢气自动控制阀门(10)。
7.根据权利要求4所述的氢化还原炉，其特征在于，所述氮气流量控制系统包括设于出料机构(3)内腔的氮气浓度感应器(11)与设有氮气管(5)上的、用于依据氮气浓度感应器(11)的反馈数据控制进入加热还原机构(2)内腔氮气流量的氮气自动控制阀门(12)。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的氢化还原炉，其特征在于，所述冷却系统(6)为循环水冷却系统，所述循环水冷却系统包括设于出料机构(3)外表面的水套(61)、与水套(61)连接的进水管(62)和与水套(61)连接的出水管(63)。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的氢化还原炉，其特征在于，所述干燥器(205)并联设有两个，所述吸附塔(106)并联设有两个。
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| CN201920235847.6U CN209923401U (zh) | 2019-02-25 | 2019-02-25 | 一种用于锂离子电池正极材料还原的氢化还原炉 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114921653A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-19 | 湖南顶立科技有限公司 | 三元锂电材料还原装置、控制方法及锂的回收方法 |
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2019
- 2019-02-25 CN CN201920235847.6U patent/CN209923401U/zh active Active
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| CN114921653A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-19 | 湖南顶立科技有限公司 | 三元锂电材料还原装置、控制方法及锂的回收方法 |
| CN114921653B (zh) * | 2022-05-24 | 2023-08-11 | 湖南顶立科技有限公司 | 三元锂电材料还原装置、控制方法及锂的回收方法 |
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