一种人字形齿剪切破碎机及废旧锂电池带电破碎的方法与流程

本发明涉及一种人字形齿剪切破碎机，特别涉及一种利用人字形齿剪切破碎机实现废旧锂离子电池带电破碎方法，属于有色金属二次资源回收利用技术领域。

背景技术：

随着国民经济的快速发展，每年全国报废锂离子电池数量越来越多，以我国为例，锂电池的装机量由2014年的3.7gwh增长到2015年的15.7gwh，增速高达324.3％，如何处理这些废旧锂离子电池是今后我国需解决的大问题，这不仅关系着环境保护，而且也关系着自然资源的回收利用，要对废旧锂离子电池进行回收利用，首先要进行废旧锂离子电池的破碎处理。

与铅酸电池相比虽然锂离子电池使用的材料更加环保，但锂离子电池中任然存在不少的有害物质，比如电解液中的碳酸甲酯、碳酸乙酯、lipf6、重金属铜等会对环境和人体造成严重损害，而且废旧锂离子电池这种含有宝贵的金属资源，比如：铜、锂、铝、镍、钴等，因此回收废旧电池既是一件具有环保意义的大事还是金属循环再利用中的重要一环。

动力锂离子电池回收过程中破碎是其中最重要的一环，在该环节中锂离子电池中的各种有用组分由完整的电芯重新变为分散的有用组分，因此破碎时最关键的是在不发生安全事故的条件下，破碎后的物料尽量保持各个物料的完整性，不过碎，不相互混杂。

中国专利(公开号cn103943911a)公开了一种废旧锂电池破碎的方法，该方法中使用的是撕碎机撕碎电芯，撕碎过程中物料会出现包裹现象，严重影响后续的分选效率，而且在撕碎过程中，由于电池被挤压很可能使得正负极片相互接触，容易发生爆炸、起火等安全事故。中国专利(cn102637921a)公开了一种废旧动力锂离子电池的破碎方法，该方法采用的是剪切式破碎机在水中破碎预处理后的电芯，这种方法虽然解决了爆炸等安全问题但该方法的水处理问题相当严重，查询目前大部分的破碎工艺可以知道：目前主要采用预先放电、湿法喷淋破碎、冷冻破碎等方法，这些方法生产技术落后、能量消耗高、再生品质差、环境污染严重、经济效益低。

技术实现要素：

针对现有破碎技术在破碎废旧电池过程中存在的污染高，破碎后物料夹杂严重，破碎过程中存在爆炸、着火等安全隐患和成本过高等问题，本发明提出了一种能够实现废旧动力锂电池安全、环保、高效破碎的人字形齿剪切破碎机。

本发明的另一个目的是在于提供一种利用人字形齿剪切破碎机破碎废旧电池的方法，该方法操作安全，流程简单，可以实现各种废旧动力锂电池的带电破碎，且破碎物分散性好，粒度适宜，有利于工业化生产应用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种人字形齿剪切破碎机，其包括进料斗和破碎腔；所述进料斗包括进料上斗和进料下斗，所述进料上斗为星形旋转式或过渡仓式给料设备，所述进料下斗为反倾斜溜槽结构；所述破碎腔包括腔体和壳体；所述腔体的顶部与所述进料下斗连接；所述破碎腔中心位置设有人字形齿旋转刀头，所述人字形齿旋转刀头下部设有蓖板；所述腔体下部侧壁设有出料口及气体入口。

优选的方案，所述壳体设置在腔体斜上方，壳体与腔体之间通过外锁式结构连接。壳体与腔体之间采用外锁式结构，实现了破碎机结构的模块化，不仅能够将破碎机腔体密封，还便于生产过程中腔体内的检修和维护等。

优选的方案，进料斗和破碎腔的横截面均为方形。

优选的方案，所述人字形齿旋转刀头通过轴体固定在破碎腔腔体的一组相对的侧壁上。

优选的方案，所述进料上斗侧壁上设有气体出口。气体出口对破碎腔体内挥发的电解液及废气进行及时排放，并进行吸收、净化处理。气体出口可以连接外部的气体收集装置，通过正压或负压的方式将破碎过程中挥发出的电解液收集处理，保证了有害气体不会泄露污染环境，还实现了电解液的回收，具有一定的经济效益。

本发明的人字形齿剪切破碎机通过人字形齿旋转刀头采用反击式旋风破碎，实现破碎物料的充分分散，无限增大正负极材料之间的电阻，减少了正负极材料破碎过程中瞬间短路造成的急剧放热。采用人字形齿旋转刀头破碎后可以得到充分分散的物料，无包裹现象，并且可以得到适合后续分选处理的物料粒径。

优选的方案，所述出料口优选采用星形旋转式出料口，可以实现破碎腔腔体的密封，破碎后的物料能够及时排出，避免物料的堆积发热。

优选的方案，所述蓖板的横截面为半圆形。如果蓖板为其它形状结构，均存在剪切死角，难以将物料充分破碎。

本发明还提供了一种人字形齿剪切破碎机的应用，将其应用于废旧动力锂电池带电破碎。

优选的方案，人字形齿剪切破碎机破碎废旧动力锂电池的过程：从人字形齿剪切破碎机的气体入口通入干燥保护气体使破碎腔腔体内保持干燥和隔氧环境，将废旧动力锂电池通过星形旋转式或过渡仓式给料设备给料，废旧动力锂电池通过反倾斜溜槽结构进入破碎腔，经过破碎腔内的人字形齿旋转刀头剪切破碎后，通过蓖板筛分，颗粒物料从出料口出料。

优选的方案，所述人字形齿剪切破碎机进行接地放电。最好是采用多级放电形式。

优选的方案，干燥保护气体水含量保持在20ppm以下。

优选的方案，保护气体可以为氮气或者惰性气体，如氩气等。

本发明的人字形齿剪切破碎机通过保持破碎腔内部的密封、干燥和隔氧环境，有利于实现废旧动力锂电池带电破碎。不需要对废旧动力锂电池进行盐水放电或充电柜放电预处理，全程为干式破碎，缩短了工艺流程，减少了废水污染。

本发明的人字形齿剪切破碎机通过星形旋转式给料机或过渡仓式给料机直接给料实现物料的间歇式，保证了破碎机腔体的密闭性。

本发明的人字形齿剪切破碎机在破碎过程中可以从底部气体入口通入少量干燥惰性气体，使得破碎腔体内为惰性气体气氛，且保持腔体内水分含量在一定数值以下，防止破碎过程中挥发出来的电解液与水反应生成hf气体，同时避免氧气进入，防止破碎过程中发生爆炸或起火。

本发明的人字形齿剪切破碎机在破碎过程中无需喷淋水，防止放电爆炸。

本发明的人字形齿剪切破碎机采用反倾斜角的溜槽避免了物料在高速旋转刀片的冲击下飞溅出破碎腔体，同时起到了均匀给料的目的。

本发明采用收集破碎机腔体内挥发出的电解液并净化处理，防止气体泄漏产生危害。

本发明的人字形齿剪切破碎机利用干燥、隔氧环境，以及利用人字形齿旋转刀头快速剪切和分散作用，对带有少量电的电池单体进行直接破碎，破碎后的锂离子电池正负极迅速分开，因此在破碎过程中不会有大量发热现象产生，减少了带电破碎过程中的安全问题。

相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果：

本发明的人字形齿剪切破碎机在破碎处理废旧动力锂电池前无需对废旧动力锂电池放电预处理，安全性能高，简化了工艺步骤。本发明利用人字形齿剪切破碎机腔体内抛出分散的过程，通过空气无限增大了正负极材料间的电阻，避免短路放电，同时充入干燥惰性气体隔绝氧气，防止电池爆炸，同时实现全过程干式破碎，避免了湿法破碎氟化氢等有毒气体的产生，避免了环境污染。

本发明的人字形齿剪切破碎机能将废旧动力锂电池破碎成充分分散的粒径大小适当的颗粒物料，无包裹现象，有利于后续的回收。

本发明利用人字形齿剪切破碎机破碎废旧动力锂电池的方法操作简单、能耗低、破碎后材料物质保持原有的物理性能，再生的品质好，具有良好的经济效益。

综上所述，本发明的人字形齿剪切破碎机采用外锁式结构实现了破碎机腔体的全密封性，并且便于设备的维护，采用人字形齿刀头，使得破碎后的物料充分分散，无包裹现象，有效减少了正负极材料破碎过程中瞬间短路造成的急剧放热；全程惰性气体保护、定量间歇式喂料，有效控制了挥发的低闪点可燃性气体聚集浓度；充入的惰性气体能及时将挥发的电解液溶剂带走。该破碎机能将废旧锂电池单体破碎到易于后续物理分选的粒径，物料不粘结、不包裹，不仅解决了传统盐水放电时间较长和湿法破碎的废水处理问题，而且能够实现破碎物料的充分分散，便于实际操作和工业化应用。

附图说明

【图1】为人字形齿剪切破碎机外部结构简图；

【图2】为人字形齿剪切破碎机内部结构简图；

【图3】为人字形齿剪切破碎机破碎废旧动力锂电池后得到的外壳和极片；

1为星形旋转式给料设备，2为进料上斗，3为进料下斗，4为外锁式结构，5为壳体，6为主轴，7为出料口，8为气体出口，9为气体入口，10为腔体，11为人字形齿旋转刀头，12为蓖板。

具体实施方式

以下实施例旨在结合附图进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

本发明的人字形齿剪切破碎机结构示意图如图1和图2。人字形齿剪切破碎机主体包括进料斗和破碎腔。所述进料斗包括进料上斗和进料下斗，所述进料上斗为星形旋转式给料设备，所述进料上斗侧壁上设有气体出口。所述进料下斗为反倾斜溜槽结构，进料上斗和进料下斗的横截面均为正方形。所述破碎腔包括腔体和壳体，壳体设置在腔体斜上方，壳体与腔体之间通过外锁式结构连接。所述腔体的顶部与所述进料下斗连接。所述破碎腔中心位置设有人字型刀头，人字型刀头通过两端轴体固定在破碎腔的一组相对的侧壁上。所述旋转刀头下部设有蓖板，蓖板截面为半圆形，与人字型刀头旋转的弧度是一致的。所述腔体下部侧壁设有出料口及气体入口，出料口为星型出料口。

利用人字形齿剪切破碎机不放电直接破碎废旧动力锂电池的方法，按照如下步骤实施：1)对破碎腔内充入惰性气体(氮气)隔绝氧气，2)对破碎设备进行多级对地放电，3)将物料破碎通过星形旋转式给料设备投入破碎腔内，经过破碎后，产品粒度为1～100平方厘米，利用筛分及风选设备进行不同物料分选，收集的电池外壳和极片如图3所示，破碎物料分散性好，大小适宜。对破碎腔进行密闭及对挥发的电解液、废气进行布袋除尘、溶剂萃取、惰性气体净化处理后循环利用。