CN216311884U - 一种未注液的锂电池正极片破碎回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种未注液的锂电池正极片破碎回收系统，皮带输送线通过一次破碎机、二次破碎机与缓存料仓连接，缓存料仓通过泄压料仓和斗提机与高温回转窑的进口连接，高温回转窑的出口与脱粉器连接，脱粉器分别与直线筛和泄压料仓二的一端、负压收集料仓一连接，负压收集料仓一、气流破碎装置一、旋风分离仓一、圆盘筛一、负压收集料仓二依次连接，一次破碎机、二次破碎机、泄压料仓一、泄压料仓二、旋风分离仓一和高温回转窑均与尾气系统连接。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，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。

Description

一种未注液的锂电池正极片破碎回收系统

技术领域

本实用新型涉及锂电池正极片破碎回收系统技术领域，具体为一种未注液的锂电池正极片破碎回收系统。

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。

锂离子电池制造工艺一般流程为：活性物质、粘结剂和导电剂等混合制备成浆料，然后涂敷在铜或铝集流体两面，经干燥后去除溶剂形成干燥极片，极片颗粒涂层经过压实致密化，再裁切或分条，然后正负极极片和隔膜组装成电池的电芯，封装到壳体内后注入电解液，经过充放电激活，最后形成产品。

在极片工艺方面，对微观结构影响巨大的工艺主要包括混料，涂布干燥和辊压压实：如果浆料分散不均，有严重的团聚现象，电池的电化学性能受到影响，导电剂分布不均匀会影响极片电子流通，粘结剂分布不均匀会影响涂层结合强度；在极片干燥过程中，溶剂蒸发时，涂层总会经历一定的收缩，固体物质在湿涂层中彼此接近，最后形成多孔的干燥电极结构，在涂层收缩和溶剂蒸发过程中，添加剂容易迁移，可能在多孔电极中重新分配，当干燥速度太高时，涂层表面溶剂蒸发，可溶性地或分散性的粘结剂倾向于以高浓度存在于涂层表面，局部富集必然导致其他区域量减少，比如涂层和集流体界面粘结剂减少会导致涂层结合强度低，而且粘结剂分布不均匀也会导致电池电化学性能裂化；极片干燥后再经历压实工艺，极片被辊压压实，涂层密度增大，对极片孔洞结构的改变巨大，而且也会影响导电剂的分布状态，从而影响电池的电化学性能。一方面，压实极片改善电极中颗粒在之间的接触，以及电极涂层和集流体之间的接触面积，降低不可逆容量损失、接触内阻和交流阻抗。另一方面，压实太高，孔隙率损失，孔隙的迂曲度增加，颗粒发生取向，或活物质颗粒表面粘合剂被挤压，限制锂盐的扩散和离子嵌入/脱嵌，锂离子扩散阻力增加，电池倍率性能下降。因此，在锂电池极片生产过程中会产生一部分性能不达标的锂电池极片和裁剪过程中产生的边角料极片。

另一方面，一部分报废的锂离子电池，数量多、规格比较统一时会采用精细化拆解的方式将外壳、隔膜、正负极片先整体剥离出来分类收集，随后再进行回收处理以得到更高的正负极材料回收率。在此工艺基础上会得到大量的锂电池极片。

针对规格差异较大的报废锂电池，可能会采用人工/半自动切割分离的分离其中各组分，分别得到隔膜、极片、外壳等。

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。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，而锂主要用于正极活性材料的制作中，因此正极材料的回收再利用是整个锂电池回收的核心部分。

锂电池正极活性材料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。

现有技术：目前市面上针对锂电池正极片常见的破碎回收技术主要是走以下几种路线：

1.破碎→锤振破碎→筛分→破碎→气流分选→收集→湿法冶金提炼；

2.破碎→热解除胶→破碎→湿法冶金；

3.破碎→浸泡搅拌→过滤→修复再利用。

这些工艺技术存在以下问题：(1)工艺路线复杂：正极活性材料通过粘结剂涂覆在集流体上，物理法很难使其脱落，因此需要多道破碎筛分工艺提高粉体脱落率；而湿法冶金因活性材料成分比较复杂，需要通过特定溶剂逐一溶解析出分离，甚至需要第三方载体进行析出再分离，相比于物理法更加复杂同时需要消耗更多的资源。

(2)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，而多级破碎会使得部分正极集流体的铝箔片破碎一部分超细铝粉，在后续筛分中很难将这一部分铝粉分离出来，导致收集到的正极活性材料中铝粉含量超标，增加后续湿法冶金工艺的处理量。

(3)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。

(4)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、粘结剂等会导致尾气中各种有害物质超标，污染环境。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种未注液的锂电池正极片破碎回收系统，以解决上述背景技术中提出问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种未注液的锂电池正极片破碎回收系统包含皮带输送线、一次破碎机、二次破碎机、缓存料仓、泄压料仓一、高温回转窑、斗提机、脱粉器、直线筛、负压收集料仓一、气流破碎装置一、旋风分离仓一、圆盘筛一、负压收集料仓二、气流破碎装置二、旋风分离仓二、圆盘筛二和尾气系统，皮带输送线通过一次破碎机、二次破碎机与缓存料仓连接，缓存料仓通过泄压料仓和斗提机与高温回转窑的进口连接，高温回转窑的出口与脱粉器连接，脱粉器分别与直线筛和泄压料仓二的一端、负压收集料仓一连接，泄压料仓二的另一端与负压收集料仓一连接，负压收集料仓一、气流破碎装置一、旋风分离仓一、圆盘筛一、负压收集料仓二依次连接，负压收集料仓二、气流破碎装置二、旋风分离仓二、圆盘筛二依次连接，圆盘筛一、圆盘筛二通过负压输送与成品料仓连接，且一次破碎机、二次破碎机、泄压料仓一、泄压料仓二、旋风分离仓一和高温回转窑均与尾气系统连接。

其中，所述的尾气系统包含布袋除尘器一、布袋除尘器二、二燃室、烟气冷却器、热交换器、碱液喷淋装置一、碱液喷淋装置二、碱液喷装置三、活性炭吸附装置、引风机一、引风机二和排放烟囱，布袋除尘器二一端与旋风分离仓一连接，布袋除尘器二另一端与碱液喷装置三连接，布袋除尘器一的一端与高温回转窑连接，布袋除尘器一的另一端与二燃室连接，二燃室与烟气冷却器连接，且二燃室与热交换器连接，烟气冷却器尾部和碱液喷淋装置一、碱液喷淋装置二、活性炭吸附装置连接，活性炭吸附装置后端通过引风机一与排放烟囱连接，碱液喷装置三后端通过引风机二连接排放烟囱。

所述的直线筛与负压收集料仓二连接，所述的圆盘筛一与成品收集仓一和负压收集料仓二连接，所述的圆盘筛二分别与成品收集仓一和成品收集仓二连接；所述的圆盘筛一和圆盘筛二的筛网粒径大小根据所需要达到的PPM级别及PPM级别材料的回收率来确定。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：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为本实用新型的结构示意图。

图中：皮带输送线1、一次破碎机a1、二次破碎机a2、缓存料仓2、泄压料仓一3、高温回转窑4、斗提机5、脱粉器6、直线筛7、负压收集料仓一8、气流破碎装置一b1、旋风分离仓一9、圆盘筛一10、负压收集料仓二11、气流破碎装置二b2、旋风分离仓二12、圆盘筛二13、布袋除尘器一1-1、布袋除尘器二1-2、二燃室1-3、烟气冷却器1-4、热交换器1-5、碱液喷淋装置一c1、碱液喷淋装置二c2、碱液喷装置三c3和活性炭吸附装置c4。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种未注液的锂电池正极片破碎回收系统包含皮带输送线1、一次破碎机a1、二次破碎机a2、缓存料仓2、泄压料仓一3、高温回转窑4、斗提机5、脱粉器6、直线筛7、负压收集料仓一8、气流破碎装置一b1、旋风分离仓一9、圆盘筛一10、负压收集料仓二11、气流破碎装置二b2、旋风分离仓二12、圆盘筛二13和尾气系统，皮带输送线1通过一次破碎机a1、二次破碎机a2与缓存料仓2连接，缓存料仓2通过泄压料仓3和斗提机5与高温回转窑4的进口连接，高温回转窑4的出口与脱粉器6连接，脱粉器6分别与直线筛7和泄压料仓二3-1的一端、负压收集料仓一8连接，泄压料仓二3-1的另一端与负压收集料仓一8连接，负压收集料仓一8、气流破碎装置一b1、旋风分离仓一9、圆盘筛一10、负压收集料仓二11依次连接，负压收集料仓二11、气流破碎装置二b2、旋风分离仓二12、圆盘筛二13依次连接，圆盘筛一10、圆盘筛二13通过负压输送与成品料仓连接，且一次破碎机a1、二次破碎机a2、泄压料仓一3、泄压料仓二3-1、旋风分离仓一9和高温回转窑4均与尾气系统连接。

其中，所述的尾气系统包含布袋除尘器一1-1、布袋除尘器二1-2、二燃室1-3、烟气冷却器1-4、热交换器1-5、碱液喷淋装置一c1、碱液喷淋装置二c2、碱液喷装置三c3、活性炭吸附装置c4、引风机一d1、引风机二d2和排放烟囱d3，布袋除尘器二1-2一端与旋风分离仓一9连接，布袋除尘器二1-2另一端与碱液喷装置三c3连接，布袋除尘器一1-1的一端与高温回转窑4连接，布袋除尘器一1-1的另一端与二燃室1-3连接，二燃室1-3与烟气冷却器1-4连接，且二燃室1-3与热交换器1-5连接，烟气冷却器1-4尾部和碱液喷淋装置一c1、碱液喷淋装置二c2、活性炭吸附装置c4连接，活性炭吸附装置c4后端通过引风机一d1与排放烟囱d3连接，碱液喷装置三c3后端通过引风机二d2连接排放烟囱d3。

所述的直线筛7与负压收集料仓二11连接，所述的圆盘筛一10与成品收集仓一14连接，所述的圆盘筛二13分别与成品收集仓一14和成品收集仓二15连接；所述的圆盘筛一10和圆盘筛二13的筛网粒径大小根据所需要达到的PPM级别及PPM级别材料的回收率来确定。

一种未注液的锂电池正极片破碎回收系统的回收方法为：步骤一、原料未注液极片投放至输送皮带，经过一次破碎和二次破碎之后进入缓存料仓2，缓存料仓2中的正极活性材料通过风力输送至泄压料仓一3并均匀添加到高温回转窑4，其余的正极片及少量正极活性材料通过斗提机5添加到高温回转窑4；

步骤二、高温回转窑4通过加热的回转筒体的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，产生的废气由尾气系统回收并达到合格处理排放；焙烧后的物料由风机输送至脱粉器6中进行脱粉处理，筛上物为正极片集流体和少量正极活性材料，经过直线筛7进行进一步脱粉处理，直线筛7筛上物为铝粒可直接吨包收集，筛下物为正极活性材料，与脱粉器6脱落的正极活性材料通过负压输送集中收集到负压收集料仓一8中，至此已经完成正极活性材料和集流体的分离与收集；

步骤三、对收集到的正极活性材料的纯度有更高要求，需要将步骤二收集到的正极活性材料经过一次气流破碎，破碎后的物料通过旋风分离仓9收集，然后通过圆盘筛10进行筛分，筛下物为可以达到PPM级别的正极活性材料，筛上物为未达到PPM级别的正极活性材料，通过负压收集到负压收集料仓二11后再进行二次气流破碎，破碎后的物料通过旋风分离仓二12收集，然后再通过圆盘筛二13进行筛分，筛下物为达到PPM级别的正极活性材料，与一次气流破碎筛分后得到的PPM级别黑粉统一收集到一个成品料仓二15，其余未达到PPM级别的黑粉集中收集到另一个成品料仓一14；

步骤四、高温回转窑4排出的尾气先经过布袋除尘器1-1分离黑粉，再经过二燃室1-3焚烧炉高温处理，然后经过烟气冷却器1-4防止二噁英生成，处理过的尾气经过碱液喷淋装置一c1、碱液喷淋装置二c2两道碱液喷淋去除HF及P后再经过活性炭吸附装置c4吸附，达到环保要求的排放标准，自然排放，其余设备的尘气因不含有害成分，经过布袋除尘器二1-2及碱液喷装置三c3喷淋后可自然排放。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种未注液的锂电池正极片破碎回收系统，其特征在于：包含皮带输送线、一次破碎机、二次破碎机、缓存料仓、泄压料仓一、高温回转窑、斗提机、脱粉器、直线筛、负压收集料仓一、气流破碎装置一、旋风分离仓一、圆盘筛一、负压收集料仓二、气流破碎装置二、旋风分离仓二、圆盘筛二、成品收集料仓一、成品收集料仓二和尾气系统，皮带输送线通过一次破碎机、二次破碎机与缓存料仓连接，缓存料仓通过泄压料仓和斗提机与高温回转窑的进口连接，高温回转窑的出口与脱粉器连接，脱粉器分别与直线筛和泄压料仓二的一端、负压收集料仓一连接，泄压料仓二的另一端与负压收集料仓一连接，负压收集料仓一、气流破碎装置一、旋风分离仓一、圆盘筛一、负压收集料仓二依次连接，负压收集料仓二、气流破碎装置二、旋风分离仓二、圆盘筛二依次连接，圆盘筛一、圆盘筛二通过负压输送与成品料仓连接，且一次破碎机、二次破碎机、泄压料仓一、泄压料仓二、旋风分离仓一和高温回转窑均与尾气系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种未注液的锂电池正极片破碎回收系统，其特征在于：所述的尾气系统包含布袋除尘器一、布袋除尘器二、二燃室、烟气冷却器、热交换器、碱液喷淋装置一、碱液喷淋装置二、碱液喷装置三、活性炭吸附装置、引风机一、引风机二和排放烟囱，布袋除尘器二一端与旋风分离仓一连接，布袋除尘器二另一端与碱液喷装置三连接，布袋除尘器一的一端与高温回转窑连接，布袋除尘器一的另一端与二燃室连接，二燃室与烟气冷却器连接，且二燃室与热交换器连接，烟气冷却器尾部和碱液喷淋装置一、碱液喷淋装置二、活性炭吸附装置连接，活性炭吸附装置后端通过引风机一与排放烟囱连接，碱液喷装置三后端通过引风机二连接排放烟囱。

3.根据权利要求1所述的一种未注液的锂电池正极片破碎回收系统，其特征在于：所述的直线筛与负压收集料仓二连接，所述的圆盘筛一与成品收集仓一和负压收集料仓二连接，所述的圆盘筛二分别与成品收集仓一和成品收集仓二连接。

4.根据权利要求1所述的一种未注液的锂电池正极片破碎回收系统，其特征在于：所述的圆盘筛一和圆盘筛二的筛网粒径大小根据所需要达到的PPM级别及PPM级别材料的回收率来确定。

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