一种锂离子电池带电预处理设备及方法与流程

本发明涉及锂离子电池回收利用技术领域，尤其涉及一种锂离子电池带电预处理设备及处理方法。

背景技术：

锂离子电池具有容量大、能量密度高、无记忆性、自放电小等优点，得到电池生产厂商和汽车厂商的一致认可，锂离子电池是当今世界上二次电池的研发及应用热点。随着电动汽车和大规模储能市场的快速发展，作为目前占据最多市场份额的锂离子动力电池的产量也随之快速增长，产生的锂离子电池的数量必将呈现出井喷式的增长。锂离子电池中含有大量的钴、锂、镍、锰、铜、铝等紧缺有色金属元素和六氟磷酸锂、酯类有机溶剂等有毒有害物质，因此，对锂离子电池进行资源化回收和无害化处理具有重大意义。

锂离子电池单体的结构主要有外壳、正集流体（铝箔）、负集流体（铜箔）、隔膜、极耳和电解液。目前，锂离子电池回收主要是以物理预处理和湿法/火法相结合的方式，预处理时，锂离子电池放电一般是由人工干预，易发生急剧散热起火、爆炸等危险，危害操作人员人身安全。锂离子电池破碎分选过程中会出现电解液挥发泄露，而电解液中的lipf6极易与水反应生成腐蚀性极强的hf，并释放出大量的热，长时间吸入电解液中的易挥发性有机溶剂对人体呼吸道有损害，且有害物质进入环境，会对周围水体、大气和土壤造成污染，进一步伤害人体健康。

因此急需自动化设备对锂离子电池进行带电无害化预处理，提高处理收率，减少人工干预，杜绝对人体造成危害，避免产生二次污染，消除锂离子电池资源回收过程中的有害物质及环境隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种锂离子电池带电预处理设备，集自动进料、带电湿式破碎、固液分离、物料收集、物料干燥、自动出料于一体的设备，能够实现锂离子电池的带电破碎及无害化处理。

为了达到上述目的，本发明所设计的一种锂离子电池带电预处理设备，包括湿式破碎机、粉料回收槽、筛网传送带、物料归集传送带、带式真空压滤机和沸腾干燥机；所述湿式破碎机设置于水平固定台面上，湿式破碎机的出料口与筛网传送带的进料端连接，粉料回收槽设置在筛网传送带及湿式破碎机出料口的下方，所述粉料回收槽的开口向上，用于收集从筛网传送带及湿式破碎机出料口处落下的清洗溶液及正负极粉料；带式真空过滤机设置在筛网传送带的下方，所述带式真空过滤机为密封结构，其与粉料回收槽相连通，且带式真空过滤机的进料口与粉料回收槽的出料口通过密闭管道相连，以使粉料回收槽中的清洗溶液及正负极粉料进入带式真空过滤机中；物料归集传送带设置有两个，两个物料归集传送带呈上下水平设置，上方物料归集传送带的一端与筛网传送带的出料端连接，其另一端与沸腾干燥机的进料口连接，下方物料归集传送带的一端与带式真空过滤机的出料口连接，其另一端也与沸腾干燥机的进料口连接；

所述湿式破碎机包括物料储存箱、湿式破碎腔、撕碎轴和破碎机架体；物料储存箱与湿式破碎腔之间通过物料挡板进行隔离，所述物料挡板为活动挡板，通过伸缩气缸控制其打开和关闭物料储存箱与湿式破碎腔之间的通道；湿式破碎腔内部布置有若干溶液开关阀，湿式破碎腔的下端设有两个撕碎轴，两个撕碎轴分别由电机控制相对转动；撕碎轴的下方设有溶液挡板，破碎机出料口设置于溶液挡板的下方，所述溶液挡板为活动挡板，通过伸缩气缸控制其打开和关闭湿式破碎腔与破碎机出料口之间的通道；破碎机出料口与破碎机架体固定连接，且破碎机出料口与水平面呈一定的倾斜角度，破碎机架体设置于水平固定台面上；

作为优选，所述筛网传送带的筛网设有若干大小相等的圆孔，圆孔大小在10～800目之间。

作为优选，所述溶液开关阀均匀布置于湿式破碎腔的内壁上。

作为优选，所述撕碎轴的一端与电机输出轴相连，两个电机分别位于湿式破碎腔的两侧，撕碎轴的另一端设置在湿式破碎腔两侧壁上的圆形支撑孔内。

作为优选，所述沸腾干燥机呈圆柱形筒体状，其出料口与进料口分别设置在圆柱形筒体的两侧。

作为优选，在整个设备的顶部设置废气处理装置，将产生的废气绿色化处理后排放。

本发明设备中的湿式破碎机用于在浸泡溶液情况下进行带电破碎锂离子电池，有助于促进有机物及氟化物的去除；粉料回收槽用于回收经湿式破碎机加工后的电池正负极黑粉，带式真空过滤机能够对粉料回收槽中的清洗溶液和电池正负极黑粉进行固液分离，物料归集传送带将筛网传送带和带式真空过滤机运送来的锂离子电池物料送入沸腾干燥机，沸腾干燥机能够完成物料的脱水干燥。湿式破碎机、筛网传送带、物料归集传送带、沸腾干燥机依次首尾相连设置，粉料回收槽和带式真空过滤机固定连接，且均设置于筛网传送带的下方。本发明专利的锂离子电池带电预处理设备能够处理多种规格型号的锂离子电池，且对锂离子电池进行无害化操作，设备结构简单，集成度高。

本发明的另一目的是提供一种通过上述锂离子电池带电预处理设备处理锂离子电池的方法，包括以下步骤：

1、湿式破碎机呈初始状态，即物料挡板、溶液开关阀、溶液挡板均处于关闭状态；传送机构将带电的锂离子电池物料间歇运送至物料储存箱中，打开溶液开关阀，使锂离子电池清洗溶液进入湿式破碎腔内部，达到一定容量后，溶液开关阀关闭；

2、启动电机，两个撕碎轴开始相向旋转，物料挡板在气缸的驱动下逐渐打开，使锂离子电池进入湿式破碎腔内部，物料挡板复位；锂离子电池在两个撕碎轴的剪切作用下被破碎为片状，部分正负极黑粉脱落；湿式破碎腔内部的电池物料在离心力、重力、摩擦力的综合作用下，电解液中的氟化物及有机溶剂逐渐溶解于清洗溶液内；

3、脱落的正负极黑粉及片状物料浸泡在清洗溶液中，电池物料经强化作用达到一定时间后，溶液挡板在气缸的驱动下打开，清洗溶液及电池物料从破碎机出料口流出，大尺寸片状物料经筛网传送带过滤进入下一工序，清洗溶液及正负极黑粉一起进入粉料回收槽，溶液挡板复位关闭；

4、筛网传送带上的片状物料被运送至物料归集传送带，之后片状物料进入沸腾干燥机；粉料回收槽中的清洗溶液及正负极黑粉，由密闭管道抽送至带式真空过滤机，经固液分离后，正负极黑粉等固态物料被物料归集传送带送入沸腾干燥机；片状物料及正负极黑粉在沸腾干燥机中脱水干燥，无害化后所得电池物料可进入火法或物理粉碎分选工艺。

作为优选，所述清洗溶液为h2o、na2co3、nahco3、nacl、kcl、na2so4中的一种或多种。

作为优选，所述带式真空过滤机对清洗溶液和正负极黑粉进行固液分离，分离后正负极黑粉的含水率为10%～30%。

作为优选，所述带式真空过滤机对正负极黑粉和清洗溶液混合物进行固液分离后的滤液可继续回用于湿式破碎机内。

本发明的有益效果：

1、带电无害化设备成本较低，结构简单，能够实现连续化生产，具备自动进料、带电湿式破碎、固液分离、物料烘干、自动出料、安全防护的全部功能，适用于多种锂离子电池带电无害化预处理。预防危害人身安全，避免预处理过程中产生二次污染。

2、湿式破碎机能够实现锂离子电池带电破碎，简化流程，省去电池放电操作，且在清洗溶液作用下，锂离子电池中的氟化物及酯类有机物大部分被去除，避免产生大量hf腐蚀设备，实现锂离子电池的带电无害化预处理。

3、湿式破碎清洗溶液经若干次使用后，经处理，可回用于湿式破碎，节省能源。筛网传送带将破碎后的片状物料截留，有利于后续的固液分离操作带式真空过滤机，可使生产线连续运行，人力成本低，处理量大，效率高。沸腾干燥机可实行自动化生产，干燥速度快，温度低，节省成本。

附图说明

图1是锂离子电池带电预处理设备的整体结构示意图。

图2是湿式破碎机的结构示意图。

图3是图2中湿式破碎机的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例描述的一种锂离子电池带电预处理设备，包括湿式破碎机1、粉料回收槽2、筛网传送带3、物料归集传送带4、带式真空压滤机5和沸腾干燥机6；所述湿式破碎机设置于水平固定台面上，湿式破碎机的出料口14与筛网传送带的进料端连接，粉料回收槽设置在筛网传送带及湿式破碎机出料口的下方，所述粉料回收槽的开口向上，用于收集从筛网传送带及湿式破碎机出料口处落下的清洗溶液及正负极粉料；带式真空过滤机设置在筛网传送带的下方，所述带式真空过滤机为密封结构，其与粉料回收槽相连通，且带式真空过滤机的进料口与粉料回收槽的出料口通过密闭管道相连，以使粉料回收槽中的清洗溶液及正负极粉料进入带式真空过滤机中；物料归集传送带设置有两个，两个物料归集传送带呈上下水平设置，上方物料归集传送带的一端与筛网传送带的出料端连接，其另一端与沸腾干燥机的进料口连接，下方物料归集传送带的一端与带式真空过滤机的出料口连接，其另一端也与沸腾干燥机的进料口连接；

所述湿式破碎机包括物料储存箱7、湿式破碎腔9、撕碎轴12和破碎机架体15；物料储存箱与湿式破碎腔之间通过物料挡板8进行隔离，所述物料挡板为活动挡板，通过伸缩气缸控制其打开和关闭物料储存箱与湿式破碎腔之间的通道；湿式破碎腔内部布置有若干溶液开关阀10，湿式破碎腔的下端设有两个撕碎轴，两个撕碎轴分别由电机11控制相对转动；撕碎轴的下方设有溶液挡板13，破碎机出料口设置于溶液挡板的下方，所述溶液挡板为活动挡板，通过伸缩气缸控制其打开和关闭湿式破碎腔与破碎机出料口之间的通道；破碎机出料口与破碎机架体固定连接，且破碎机出料口与水平面呈一定的倾斜角度，破碎机架体设置于水平固定台面上；

所述筛网传送带的筛网设有若干大小相等的圆孔，圆孔大小在10～800目之间。

所述溶液开关阀均匀布置于湿式破碎腔的内壁上。

所述撕碎轴的一端与电机输出轴相连，两个电机分别位于湿式破碎腔的两侧，撕碎轴的另一端设置在湿式破碎腔两侧壁上的圆形支撑孔内。

所述沸腾干燥机呈圆柱形筒体状，其出料口与进料口分别设置在圆柱形筒体的两侧。

在整个设备的顶部设置废气处理装置，将产生的废气绿色化处理后排放。

实施例2

一种通过实施例1的锂离子电池带电预处理设备处理锂离子电池的方法，包括以下步骤：

1、湿式破碎机呈初始状态，即物料挡板、溶液开关阀、溶液挡板均处于关闭状态；传送机构将带电的锂离子电池物料间歇运送至物料储存箱中，打开溶液开关阀，使锂离子电池清洗溶液进入湿式破碎腔内部，达到一定容量后，溶液开关阀关闭；

2、启动电机，两个撕碎轴开始相向旋转，物料挡板在气缸的驱动下逐渐打开，使锂离子电池进入湿式破碎腔内部，物料挡板复位；锂离子电池在两个撕碎轴的剪切作用下被破碎为片状，部分正负极黑粉脱落；湿式破碎腔内部的电池物料在离心力、重力、摩擦力的综合作用下，电解液中的氟化物及有机溶剂逐渐溶解于清洗溶液内；

3、脱落的正负极黑粉及片状物料浸泡在清洗溶液中，电池物料经强化作用达到一定时间后，溶液挡板在气缸的驱动下打开，清洗溶液及电池物料从破碎机出料口流出，大尺寸片状物料经筛网传送带过滤进入下一工序，清洗溶液及正负极黑粉一起进入粉料回收槽，溶液挡板复位关闭；

4、筛网传送带上的片状物料被运送至物料归集传送带，之后片状物料进入沸腾干燥机；粉料回收槽中的清洗溶液及正负极黑粉，由密闭管道抽送至带式真空过滤机，经固液分离后，正负极黑粉等固态物料被物料归集传送带送入沸腾干燥机；片状物料及正负极黑粉在沸腾干燥机中脱水干燥，无害化后所得电池物料可进入火法或物理粉碎分选工艺。

所述清洗溶液为h2o、na2co3、nahco3、nacl、kcl、na2so4中的一种或多种。

所述带式真空过滤机对清洗溶液和正负极黑粉进行固液分离，分离后正负极黑粉的含水率为10%～30%。

所述带式真空过滤机对正负极黑粉和清洗溶液混合物进行固液分离后的滤液可继续回用于湿式破碎机内。