一种废旧锂电池电极材料高压电脉冲剥离装置及回收方法

本发明涉及废旧电池的回收，尤其涉及一种废旧锂电池电极材料高压电脉冲剥离装置及回收方法。

背景技术：

1、锂电池具有自重轻、能量密度大、安全性高的优势，被广泛应用于电子产品，随着新能源技术的快速发展，锂电池在全球范围内的消费量快速增长，废旧锂电池中的有价元素品位远高于自然矿物，废旧锂电池的回收具有重要的环境和经济效益。

2、正极和负极材料的价值占电池总价值的80%以上，从集流体上剥离正极和负极材料是高效回收的关键。

3、现有工艺主要采用机械粉碎、热解等方法进行剥离，热解过程易造成环境污染，机械粉碎产物中集流体与电极材料混合程度高，导致回收效率低，易造成资源浪费，高效的电极材料剥离技术对废旧锂电池的资源化利用具有重要意义。

4、申请公布日为2022.02.01、申请公布号为cn 114006071 a的中国发明专利公开了一种废旧锂电池的正极片极粉剥离回收的方法，该申请将废旧锂电池拆解的正极片在氮气气氛下，在回转式电磁炉中高温热解，使正极材料中的电解液、含氟高分子粘接剂充分分解，大幅度降解正极材料内部以及正极材料与集流体的粘接强度，再将热解后正极片通入破碎剥离一体机，采用剪切方式一次破碎极片，破碎物料直接落入剥离腔室，将正极片极粉从集流体上剥离，剥离后物料通过气动力旋流器分离极粉与铝箔，铝箔通过振动筛进行检查筛分，分离出夹带的极粉。

5、上述的一种废旧锂电池的正极片极粉剥离回收的方法，虽然可分离出夹带的极粉，但是在热解过程易造成环境污染。

6、申请公布日为2022-04-12、申请公布号为cn114335782a的中国发明专利公开了一种废旧锂电池正极材料与铝箔剥离的方法，该申请包括以下步骤：将废旧锂电池置于空气中进行拆解，取得含有铝箔的正极材料；将含有铝箔的正极材料清洗并干燥，得到干燥后物质；将干燥后物质与尿素、硫酸铵按照比例混合后进行焙烧，得到焙烧后物质；在焙烧后物质加入清洗液清洗，得到正极材料和铝箔。该方法在回收正极材料同时，虽然也得到完整的铝箔。但是在焙烧过程易造成环境污染。

7、申请公布日为2010-12-15、申请公布号为cn101916890a的中国发明专利公开了废旧锂离子电池回收集流体的方法，该申请主要步骤为：1)将废旧锂离子电池机械粉碎成电芯碎片，加入到配制好的koh乙醇溶液中搅拌，过滤得到滤渣；2)向滤渣中加入nahso3水溶液进行搅拌；3)加入蒸馏水加热搅拌后过滤，得到al和cu的混合物。本发明通过化学处理使不溶于水的粘合剂pvdf转变成易溶于水的物质。

8、该方法通过机械方式进行粉碎，废旧锂离子电池的机械粉碎产物中集流体与电极材料混合程度高，导致回收效率低，后续还要通过各种化学处理，不仅容易造成的对环境的污染，而且步骤繁琐。

9、所以，急需发明一款针对废旧锂电池的回收效率高的，并且比较环保的锂电池电极材料的剥离装置及回收方法。

技术实现思路

1、针对上述的技术问题，本发明提出一种废旧锂电池电极材料高压电脉冲剥离装置及回收方法，用于解决现有技术中废旧锂电池的回收效率低的问题，采用板-板电极结构，采用高压电脉冲剥离装置对电极片上的电极材料进行剥离，对剥离产品进行筛分，获得集流体和电极材料。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种废旧锂电池电极材料高压电脉冲剥离装置，包括脉冲发生器和反应仓，反应仓内设有高压电极，高压电极与脉冲发生器连接；反应仓中设有用于将电极片与高压电极连接的活动部件；所述反应仓内设有绝缘液。

4、本发明采用高压电脉冲对废旧锂电池电极片进行处理，高压电脉冲产生液电效应与热效应，集流体导电性强，破碎程度低，基于粒度差异，通过高压电脉冲能量的作用，实现电极材料与集流体的剥离。

5、优选的一个技术方案，为了给高压电极提供电量并能够对电势能起到储存的目的，所述脉冲发生器包括通过导线相连的高压电源和高压电容器，高压电容器通过导线与高压电极相连。

6、优选的一个技术方案，为了起到保护作用，所述脉冲发生器还包括火花开关，火花开关连接在高压电容器与高压电极之间。

7、优选的一个技术方案，为了提高电极的可靠性，并且更利于高压电极与电极片相配合实现电极材料与集流体的剥离，所述高压电极的正负极结构为板-板结构，正负极间距为50~200mm。

8、优选的一个技术方案，为了更好的使高压电极产生液电效应与热效应作用于电极片，正负极间距设为100mm。

9、优选的一个技术方案，为了使高压电极具有良好的导电性、高强度、高密度和高硬度，所述高压电极的材质为钨铜。

10、优选的一个技术方案，为了使反应仓具有一定高度便于排出物料，所述反应仓包括仓体和用于支撑仓体的支撑机构。

11、优选的一个技术方案，为了便于反应仓排出物料，所述仓体底部为锥形结构，锥形结构底部设有排料口。

12、优选的一个技术方案，为了使脉冲能量安全散流并使其泄入大地，反应仓排出物料，所述仓体连接有接地板电极。

13、优选的一个技术方案，为了便于固定电极片与所述的高压电极，所述活动部件为夹持机构。

14、优选的一个技术方案，为了有效降低生产成本，所述绝缘液为自来水。

15、优选的一个技术方案，为了可调控高压电脉冲剥离装置产生的脉冲对电极片上的电极材料进行剥离，所述脉冲发生器的电压为6-30kv，单次脉冲最大能量为1.2kj。

16、一种回收方法，包括上述任一项所述的废旧锂电池电极材料高压电脉冲剥离装置，并且包括破碎过程和回收过程，所述破碎过程包括如下步骤：

17、a1.通过活动部件将电极片与高压电极连接紧密连接；

18、a2.向反应仓中加入绝缘液，绝缘液高度没过高压电极的正负极；

19、a3.连接电源，调节高压电源的电压，向高压电容器供电，当达到设定电压后，火花开关闭合，在高压电极的正负极之间形成脉冲放电，在脉冲能量的作用下实现电极材料与集流体的剥离；

20、a4.更换电极片，重复操作a1~ a3，当反应仓中的物料填满底部锥形结构时，打开排料口，收集物料。

21、优选的一个技术方案，还包括回收过程, 回收过程包括如下步骤：

22、b1.对剥离后的物料进行筛分，筛孔尺寸为6mm，获得>6mm和小于6mm的物料；

23、b2.>6mm的物料为集流体，可直接回收；

24、b3.<6mm的物料为电极材料；

25、b4.通过有机溶剂溶解电极材料表面粘结剂，获得活性材料。

26、本发明的有益效果：

27、1. 本发明采用板-板电极结构，采用高压电脉冲剥离装置对废旧锂电池电极片进行处理，通过高压电脉冲能量使电极材料从集流体上剥离，回收效率高；

28、2. 本发明剥离装置基于高压电脉冲液电效应与热效应，破碎过程在水介质中进行，无粉尘及废气产生；

29、3. 本发明剥离装置应用过程中，导电电极片与板-板电极直接相连，对绝缘液要求较低，可在自来水中进行作业；

30、4. 本发明高压电脉冲剥离装置应用过程中，液电效应及热效应基于集流体产生，实现电极材料的剥离，集流体导电性强，破碎程度低，可基于粒度差异实现电极材料与集流体的剥离；

31、5. 本发明的回收主要包括剥离、筛分和浸出，采用高压电脉冲剥离装置对电极片上的电极材料进行剥离，通过筛分装置对剥离产品进行筛分，获得集流体和电极材料，通过有机溶剂溶解电极材料表面粘结剂，获得活性材料；

32、6. 本发明采用有机溶剂去除表面粘结剂，工艺过程对活性材料无损坏，可重新用于生产电极片；

33、7. 本发明可通过调节脉冲发生器的电压，来控制其脉冲能量，从而实现不同电极材料的剥离；

34、8.本发明避免了常规破碎过程中集流体粉碎对电极材料造成的污染，有助于后续电极材料的回收，本发明具有高效、环保等优势。