一种不放电破碎锂电池回收电解质的处理方法与流程

本发明涉及锂电池的电解质回收技术领域，具体为一种不放电破碎锂电池回收电解质的处理方法。

背景技术：

目前锂电池的回收技术是先通过放电过程，再进行干湿法回收，而在锂电池的拆解破碎过程中，无法避免与空气和外部环境的完全隔离，易导致电解液与空气相接触而产生氟化氢有毒气体，则后续的污染及其处理过程较为复杂、耗费成本较大；

在专利cn206229831u中，提出在惰性气体保护下，可进行不放电情况的破碎，并依据循环水去应急处理，但由于正极材料中含有氧元素，在局部短路的情况下，仍将产生局部的高温而导致正极材料分解产生氧气助燃助爆，此种处理方式是存在有明显的燃烧风险，虽然由循环水喷淋可防止爆炸，却将产生大量的废水和氢氟酸，还是有明显的技术缺陷；

在专利cn107275700a中，提出在溶剂中进行破碎，而由于溶剂中的含水量一般为200ppm左右，电解液中的含氟成分将大量的与水反应，生成氟化氢气体来对设备造成腐蚀，还由于大量的水分存在，含氟电解质也将大量的反应分解而无法有效的回收，且为粘结剂的溶剂，还将导致含氟电解质与粘结剂难以分离而达不到电解质的回收效果；

甚至是对整个回收过程中的设备内的反应运行状况，也无法做出实时的监测优化、过程后的反馈评价，即上述所说的安全环保性、智能化程度均较低；

为了解决该技术缺陷，现提供一种技术方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种不放电破碎锂电池回收电解质的处理方法，一方面是在不放电的情况下，实现锂电池的电解质回收，无废水和废气等污染物的产生，安全环保性高；另一方面是能够对整个回收过程的工作状况，在实时性上做出监测优化，在过程性上做出反馈评价，智能化程度高。

本发明所要解决的技术问题如下：

如何依据一种有效的方式，来解决现有的锂电池的电解质回收方法，无法满足不放电的情况下，无废水和废气等污染物的产生，以及不能对整个回收过程做出实时性和过程性的监测优化、反馈评价，难以直观的了解反应运行状况的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种不放电破碎锂电池回收电解质的处理方法，包括如下步骤：

步骤一：溶剂和惰性气体的除水、除氧处理，直至溶剂和惰性气体的水＜5pm、氧＜1ppm，并将其一同留存于破碎搅拌机械中，即对溶剂和惰性气体进行无水、无氧化处理，以此来隔绝破碎、搅拌过程与空气或水分相接触、反应，去避免有毒气体产生；

步骤二：锂电池的破碎、搅拌处理，且整个破碎搅拌机械内的运行环境为微正压的封闭空间，避免空气或水分进入而导致有毒气体的产生，在整个破碎过程中，破碎搅拌机械内的溶剂浸没全部锂电池物料，以及破碎搅拌机械内的运行温度为60℃以下，避免温度上升而达到正负极的分解温度，并由控制面板内的工作模块去实时监测、反馈破碎搅拌机械的运行状况，且通过溶剂冷却系统去调控该运行环境、该运行温度；

步骤三：破碎、搅拌后的混合液经网格分离和膜分离，得到液体相，液体再经减压、蒸馏，得到含氟电解质和溶剂，且将溶剂导出、循环利用，还将分离后的固体导出、后道处理，以及将所有的惰性气体导出、清空处理。

进一步的，所述步骤一中的溶剂和惰性气体的除水、除氧处理的具体过程如下：

s1：打开溶剂通道上的两个单向阀，循环式的将溶剂冷却系统内的溶剂经分子筛进行脱水，并回收至溶剂冷却系统中；

打开气体通道上的单向阀和三通阀的空气端，由气体存储系统内的惰性气体去驱除破碎搅拌机械内的空气，此过程持续15s-30s，再关闭三通阀的空气端并打开三通阀的气体通道端，循环式的将气体存储系统内的惰性气体经分子筛进行脱水，并将部分的惰性气体回收至气体存储系统中，以及将部分的惰性气体留存于破碎搅拌机械内；

s2：先打开溶剂入口处的单向阀和三通阀的空气端，并将溶剂冷却系统内的溶剂导入至破碎搅拌机械中，再打开气体入口处的单向阀，并将气体存储系统内的惰性气体导入至破碎搅拌机械中，此过程持续15s-30s，再次的由惰性气体的通入去驱除破碎搅拌机械内的余量空气，最后关闭三通阀的空气端并打开三通阀的气体通道端，此时的溶剂浸泡于除水剂、除氧剂中，且循环式的将惰性气体通入至溶剂进行鼓泡脱水，在达到低水、低氧指标后，得到低水、低氧的溶剂和惰性气体，并留存于破碎搅拌机械中；

即根据分子筛脱水、除水剂和除氧剂的脱水、脱氧，以及鼓泡脱水的工艺处理，将溶剂、惰性气体和破碎搅拌机械内的空气、水分去除的更为彻底，且三个单向阀和一个三通阀的两个阶段的开启方式，则通过双重的空气驱除处理，将破碎搅拌机械内的空气置换更为彻底。

进一步的，所述步骤二中的锂电池的破碎、搅拌处理的具体过程如下：

由锂电池存储系统向破碎搅拌机械去投入锂电池，并控制锂电池：溶剂的重量比为1:2-1:10，且保证破碎搅拌机械内的封闭空间为0.05mpa-0.2mpa、30℃-60℃，以及控制破碎搅拌机械内的破碎转速和搅拌转速分别为10r/min-180r/min和100r/min-420r/min，待破碎、搅拌完全后，静置30min。

进一步的，所述步骤二中的破碎搅拌机械的运行状况的实时监测、反馈的具体过程如下：

控制面板内的工作模块由数据采集模块、分析处理模块、控制器、报警器和显示屏组成；

所述数据采集模块用于采集破碎搅拌机械内的压强数据、温度数据和转速数据，并将其一同传递至分析处理模块；

所述分析处理模块在接收到压强数据、温度数据和转速数据后，对其进行运行过程监管操作，具体内容如下：

q1：获取到破碎过程中的破碎搅拌机械内的压强数据，并将压强数据的平均变化量标定为w，获取到搅拌过程中的破碎搅拌机械内的压强数据，并将压强数据的极值标定为e；

获取到破碎过程中的破碎搅拌机械内的温度数据，并将温度数据位于50℃-60℃间的持续时长标定为r，获取到搅拌过程中的破碎搅拌机械内的温度数据，并将温度数据的平均变化量标定为t；

获取到破碎过程中的破碎搅拌机械内的转速数据，并将转速数据的平均值除以90r/min的额定转速数据标定为y，获取到搅拌过程中的破碎搅拌机械内的转速数据，并将240r/min的额定转速数据除以转速数据的变化总量标定为u；

q2：先根据公式w、r和y均为破碎浮动因子，r＞w＞y＞0且w+r+y＝5.26，得到破碎过程中的破碎搅拌机械内的破碎工况质量p，再根据公式e、t和u均为搅拌浮动因子，t＞e＞u＞0且e+t+u＝4.84，得到搅拌过程中的破碎搅拌机械内的搅拌工况质量l；

先当破碎工况质量p≥预设范围p的最大值、位于预设范围p之内、≤预设范围p的最小值时，将破碎工况质量p分别赋予标记值k1、k2、k3且k3＞k2＞k1＞0，再当搅拌工况质量l≥预设值l、＜预设值l时，将搅拌工况质量l分别赋予标记值j1、j2且j1＞j2＞0；

还根据公式h＝p*l，得到整个运行过程中的破碎搅拌机械内的过程运转标量h；

q3：当过程运转标量h＞预设值h时，生成破碎搅拌优质信号，或是当过程运转标量h≤预设值h时，生成破碎搅拌劣质信号，并将破碎搅拌优质信号或是破碎搅拌劣质信号经控制器发送至显示屏；

还实时的监测到温度数据＞60℃的持续时长超过预设值α时，立即生成冷却指示信号，并将冷却指示信号发送至控制器，由控制器去控制溶剂通道上的两个单向阀打开，还控制溶剂冷却系统内的热交换器工作，来将体系内的含有电解质的溶剂进行循环冷却，直至温度数据低于40℃；而实时的监测到热交换器的工作时长超过预设值β时，立即生成冷却警示信号，并将冷却警示信号经控制器去控制报警器发出报警且停止破碎搅拌机械的工作；

还实时的监测到压强数据＞0.2mpa的持续时长超过预设值δ时，立即生成泄压指示信号，并将泄压指示信号发送至控制器，由控制器去控制三通阀的气体通道端打开，来将破碎搅拌机械内的惰性气体导入至气体存储系统中，直至实时的监测到压强数据≤0.2mpa；而实时的监测到三通阀的气体通道端已打开，且压强数据＞0.2mpa的持续时长仍超过预设值δ时，立即生成泄压警示信号，并将泄压警示信号经控制器去控制报警器发出报警且停止破碎搅拌机械的工作；

即在实时性上，有温度数据和压强数据的实时监测，并关联有溶剂冷却系统、气体存储系统和三通阀，以免温度上升而导致正极材料分解产生助燃助爆的氧气，在过程性上，对破碎和搅拌过程做出有两部分的参量标定、公式分析和赋值比对，并通过信号输出整个回收过程的反应运行状况，及时的做出反馈评价、智能化程度高。

进一步的，所述溶剂为酯类溶剂：碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和醇类溶剂：乙醇、甲醇中的一种；所述惰性气体为氮气、氦气中的一种；所述分子筛为3a分子筛、5a分子筛和13x分子筛中的一种或组合。

其中的溶剂冷却系统是由热交换器、溶剂存储罐和泵体及其连通电路等现有技术中的机械部件组成；其中的气体存储系统是由气体存储罐、泵体及其连通电路等现有技术中的机械部件组成；其中的锂电池存储系统是由锂电池存储罐、电动推杆和推板及其连通电路等现有技术中的机械部件组成；其中的破碎搅拌机械为现有技术中的破碎、搅拌功能相结合的一体化设备；其中的除氧剂可为还原铁粉或其它、除水剂可为氯化钙或其它。

本发明的有益效果：

本发明的关键点在于对溶剂、惰性气体和破碎搅拌机械内的运行环境的除水、除氧处理，并于封闭的低水、低氧环境中进行直接拆解式的锂电池破碎、搅拌，避免产生的电解质与空气或水分相接触、反应，还可避免电解质的反应分解，以提升电解质的回收效果，安全环保性高；

以及，对整个回收过程的工作状况做出反应，一旦温度上升，在实时性上，可根据信号的监测优化去避免正极材料的分解而产生助燃助爆的氧气，在过程性上，可根据信号的反馈评价去了解反应运行状况，在整体上的实时和过程方面更为直观，且直接性的控制、调剂溶剂和惰性气体的注入量，智能化程度高。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的控制面板的系统框图；

图中：1、三通阀；2、气体出口；3、分子筛放置处；4、溶剂入口；5、气体存储系统；6、锂电池存储系统；7、破碎搅拌机械；8、控制面板；9、溶剂冷却系统；10、单向阀；11、气体入口；12、除水剂、除氧剂放置处；13、溶剂出口。

具体实施方式

如图1所示，一种不放电破碎锂电池回收电解质的处理方法，包括如下步骤：

步骤一：溶剂碳酸二甲酯和惰性气体氦气的除水、除氧处理；

一方面：先打开溶剂通道上的两个单向阀10，循环式的将溶剂冷却系统9内的溶剂碳酸二甲酯经3a分子筛进行脱水，并回收至溶剂冷却系统9中；再打开惰性气体通道上的单向阀10和三通阀1的空气端，由气体存储系统5内的惰性气体氦气去驱除破碎搅拌机械7内的空气，此过程持续20s，并关闭三通阀1的空气端并打开三通阀1的气体通道端，循环式的将气体存储系统5内的惰性气体氦气经3a分子筛进行脱水，并将部分的惰性气体氦气回收至气体存储系统5中，以及将部分的惰性气体氦气留存于破碎搅拌机械7内；

另一方面：先打开溶剂入口处的单向阀10和三通阀1的空气端，并将溶剂冷却系统9内的溶剂碳酸二甲酯导入至破碎搅拌机械7中，再打开气体入口处的单向阀10，并将气体存储系统5内的惰性气体氦气导入至破碎搅拌机械7中，此过程持续20s，再次的由惰性气体氦气的通入去驱除破碎搅拌机械7内的余量空气，最后关闭三通阀1的空气端并打开三通阀1的气体通道端，此时的溶剂碳酸二甲酯浸泡于除水剂氯化钙、除氧剂还原铁粉中，除水剂氯化钙是通过与水结合生成水合物，除氧剂还原铁粉是在氧气和水蒸气的情况下，被氧化成氢氧化铁，且循环式的将惰性气体氦气通入至溶剂碳酸二甲酯进行鼓泡脱水，在达到低水、低氧指标后，得到低水、低氧的溶剂碳酸二甲酯和惰性气体氦气，并留存于破碎搅拌机械7中；

直至溶剂碳酸二甲酯和惰性气体氦气的水＜5pm、氧＜1ppm，并将其一同留存于破碎搅拌机械7中，则对溶剂碳酸二甲酯和惰性气体氦气进行无水、无氧化处理，以此来隔绝破碎、搅拌过程与空气或水分相接触、反应，去避免有毒气体产生，且隔绝空气避免了带电情况下的破碎、搅拌所造成的短路引发的爆炸，能够在不进行放电过程的情况下直接回收；

步骤二：锂电池的破碎、搅拌处理；

由锂电池存储系统6向破碎搅拌机械7去投入锂电池，并控制锂电池：溶剂碳酸二甲酯的重量比为1:6，且保证破碎搅拌机械7内的封闭空间为0.1mpa、40℃，以及控制破碎搅拌机械7内的破碎转速和搅拌转速分别为90r/min和240r/min，待破碎、搅拌完全后，静置30min；

由控制面板8内的工作模块去实时监测、反馈破碎搅拌机械7的运行状况，且通过溶剂冷却系统9去调控该运行环境、该运行温度；

如图2所示，控制面板8内的工作模块由数据采集模块、分析处理模块、控制器、报警器和显示屏组成；

数据采集模块用于采集破碎搅拌机械7内的压强数据、温度数据和转速数据，并将其一同传递至分析处理模块；

分析处理模块在接收到压强数据、温度数据和转速数据后，对其进行运行过程监管操作，具体内容如下：

q1：获取到破碎过程中的破碎搅拌机械7内的压强数据，并将压强数据的平均变化量标定为w，获取到搅拌过程中的破碎搅拌机械7内的压强数据，并将压强数据的极值标定为e；

获取到破碎过程中的破碎搅拌机械7内的温度数据，并将温度数据位于50℃-60℃间的持续时长标定为r，获取到搅拌过程中的破碎搅拌机械7内的温度数据，并将温度数据的平均变化量标定为t；

获取到破碎过程中的破碎搅拌机械7内的转速数据，并将转速数据的平均值除以90r/min的额定转速数据标定为y，获取到搅拌过程中的破碎搅拌机械7内的转速数据，并将240r/min的额定转速数据除以转速数据的变化总量标定为u；

q2：先根据公式w、r和y均为破碎浮动因子，r＞w＞y＞0且w+r+y＝5.26，得到破碎过程中的破碎搅拌机械7内的破碎工况质量p，再根据公式e、t和u均为搅拌浮动因子，t＞e＞u＞0且e+t+u＝4.84，得到搅拌过程中的破碎搅拌机械7内的搅拌工况质量l；

先当破碎工况质量p≥预设范围p的最大值、位于预设范围p之内、≤预设范围p的最小值时，将破碎工况质量p分别赋予标记值k1、k2、k3且k3＞k2＞k1＞0，再当搅拌工况质量l≥预设值l、＜预设值l时，将搅拌工况质量l分别赋予标记值j1、j2且j1＞j2＞0；

还根据公式h＝p*l，得到整个运行过程中的破碎搅拌机械7内的过程运转标量h；

q3：当过程运转标量h＞预设值h时，生成破碎搅拌优质信号，或是当过程运转标量h≤预设值h时，生成破碎搅拌劣质信号，并将破碎搅拌优质信号或是破碎搅拌劣质信号经控制器发送至显示屏；

还实时的监测到温度数据＞60℃的持续时长超过预设值α、预设值α为10s时，立即生成冷却指示信号，并将冷却指示信号发送至控制器，由控制器去控制溶剂通道上的两个单向阀10打开，还控制溶剂冷却系统9内的热交换器工作，来将体系内的含有电解质的溶剂碳酸二甲酯进行循环冷却，直至温度数据低于40℃；而实时的监测到热交换器的工作时长超过预设值β、预设值β为30min时，立即生成冷却警示信号，并将冷却警示信号经控制器去控制报警器发出报警且停止破碎搅拌机械7的工作；

还实时的监测到压强数据＞0.2mpa的持续时长超过预设值δ、预设值δ为10s时，立即生成泄压指示信号，并将泄压指示信号发送至控制器，由控制器去控制三通阀1的气体通道端打开，来将破碎搅拌机械7内的惰性气体氦气导入至气体存储系统5中，直至实时的监测到压强数据≤0.2mpa；而实时的监测到三通阀1的气体通道端已打开，且压强数据＞0.2mpa的持续时长仍超过预设值δ时，立即生成泄压警示信号，并将泄压警示信号经控制器去控制报警器发出报警且停止破碎搅拌机械7的工作；

且上述公式均为去量纲取其数值计算，公式是由采集的海量数据进行软件模拟而推导的最接近真实情况的预设公式；

即能够对整个回收过程的工作状况，在实时性上，有温度数据和压强数据的实时监测，并关联有溶剂冷却系统9、气体存储系统5和三通阀1，以免温度上升而导致正极材料分解产生助燃助爆的氧气，表现为监测优化；在过程性上，对破碎和搅拌过程做出有两部分的参量标定、公式分析和赋值比对，并通过信号输出整个回收过程的反应运行状况，表现为反馈评价，且整体的智能化程度高；

步骤三：破碎、搅拌后的混合液经网格分离和膜分离，得到液体相，液体再经减压、蒸馏，得到含氟电解质和溶剂，且将溶剂导出、循环利用，还将分离后的固体导出、后道处理，以及将所有的惰性气体导出、清空处理；

本发明的一方面是在不放电的情况下，实现锂电池的电解质回收，无废水和废气等污染物的产生，即为各通道上的单向阀10和三通阀1的开闭控制，以及其通路设计和溶剂、惰性气体的导向设计，以保证溶剂、惰性气体和破碎搅拌机械7内的运行环境的低水、低氧，来达到提升电解质的回收效果，安全环保性高；

另一方面是能够对整个回收过程的工作状况，在实时性上做出监测优化，在过程性上做出反馈评价，即为实时性上的温度数据、压强数据的信号生成，并依此去直接性的控制、调剂溶剂和惰性气体的注入量，以保证破碎搅拌机械7内的反应运行效果，而过程性上是划分有破碎和搅拌过程的两部分内容，并依据分别的参量标定、公式分析和赋值比对，将两部分一同的输出去反馈评价整个回收过程的工作状况，将整体过程更为直观的展现，智能化程度高。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。