一种全流程自动化锂离子电池回收装置

本技术涉及锂离子电池回收领域，具体是一种全流程自动化锂离子电池回收装置。

背景技术：

1、锂离子电池作为电动汽车和混合动力汽车的主要动力源，在汽车行业电气化的驱动下，全球锂离子电池市场每年将增长数百万千瓦时。随着电池用量的上升以及其有限的使用寿命，废旧锂离子电池的数量必将迅速增长。废旧锂离子电池中含有有害金属、易燃电解质等有毒有害物质。此外，废旧锂离子电池中的金属及石墨等材料也具有重要的回收价值。因此，将废旧锂离子电池所含的金属及石墨等材料进行回收再利用无疑是解决资源紧缺的有效途径，同时也对实现电池的内循环具有重要意义。

2、目前，废旧锂离子电池的回收方法主要包括火法回收与湿法回收。火法回收锂离子电池的本质是采用化学法对锂离子电池进行还原焙烧，再将剩余材料高温加热处理后溶于强酸之中，最后进行萃取。此方法回收率高达90％，但能耗较高，处理过程中会放出污染性气体，导致该工艺推广受到影响。如文献《recovery of valuable metals from spentlithium ion batteries by smelting reduction process based on feo-sio2-al2o3slag system》中提出了一种锂离子电池的还原熔炼方法，其要求将锂离子电池材料在1450℃的高温下熔炼30min，这种熔炼方法由于使用了极高的温度，会产生极大的能量消耗。

3、湿法回收锂离子电池能耗较低，但通常会使用一些腐蚀性溶剂，对环境和人体健康造成严重威胁。如文献《recovery of lithium,iron,and phosphorus from spentlifepo4 batteries using stoichiometric sulfuric acid leaching system》给出了一种湿法回收方法，使用h2so4和h2o2对正极材料进行浸泡处理，该方法依旧无法避免废酸的排放，同时由于大量使用了h2o2，导致了成本的升高。

4、此外，在废旧电池回收处理之前，需要对电池进行预处理，包括剩余电量释放及电池拆解，在剩余电量释放过程中目前已有的技术存在放电不完全等问题。因此，目前缺少包括所有工艺流程的一整套完整的废旧锂离子电池回收装置。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种全流程自动化锂离子电池回收装置。

2、本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种全流程自动化锂离子电池回收装置，其特征在于，该装置包括放电单元、传送带、拆解单元、回收单元和机架；机架上设置有电池入口，正负极方向统一后的废旧锂离子电池通过电池入口进入本装置；

3、所述放电单元包括气动推进装置、预放电仓和完全放电容器；所述拆解单元包括纵向移动气缸、电池极耳拆解刀、横向移动气缸、电池体拆解刀和抓夹；所述回收单元包括外壳滑道、外壳回收箱、超声震荡池、齿轮破碎机、材料萃取池、产品池、翻转电机和筛网；

4、气动推进装置位于装置的始端，其壳体固定于机架或预放电仓的壳体上，其输出端伸入预放电仓的内部，用于将经过预放电仓预放电后的废旧锂离子电池按顺序送入完全放电容器中；

5、预放电仓位于气动推进装置的后方，用于完成废旧锂离子电池的预放电过程；电池入口与预放电仓的预放电仓入口连通；

6、完全放电容器位于气动推进装置的后方，用于通过物理放电结合化学放电的方式对预放电后的废旧锂离子电池实现完全放电；

7、传送带位于完全放电容器的后方，入口与完全放电容器的出口相连接，用于输送经过完全放电容器完全放电后的废旧锂离子电池至拆解单元处进行拆解；

8、纵向移动气缸的壳体固定于机架上，输出端上设置有电池极耳拆解刀；电池极耳拆解刀位于完全放电容器的后方、传送带的正上方；纵向移动气缸带动电池极耳拆解刀沿竖直方向升降，进而通过电池极耳拆解刀将完全放电后的废旧锂离子电池的正极耳和负极耳切割下来；

9、横向移动气缸的壳体固定于机架上，输出端上设置有电池体拆解刀；电池体拆解刀位于电池极耳拆解刀的后方、传送带的正上方；横向移动气缸带动电池体拆解刀沿电池的轴向运动，进而通过电池体拆解刀将切割下正极耳和负极耳的废旧锂离子电池沿轴向切开，进而将电池外壳、正极材料和负极材料展开；

10、两个抓夹位于电池体拆解刀的后方、传送带的正上方，用于分别抓取展开后的正极材料和负极材料；

11、外壳滑道位于抓夹的后方，入口与传送带的出口相连接，出口处设置有外壳回收箱，用于将脱离传送带的电池外壳通过外壳滑道滑入外壳回收箱中完成对电池外壳的回收；

12、超声震荡池通过转轴转动安装于机架上，转轴与一个翻转电机的输出端连接，实现超声震荡池以水平轴作为轴心的转动，用于将通过抓夹置于超声震荡池中的负极集流体上粘附的石墨震荡下来；

13、齿轮破碎机通过转轴转动安装于机架上，转轴与一个翻转电机的输出端连接，实现齿轮破碎机以水平轴作为轴心的转动，用于将通过抓夹置于齿轮破碎机中的正极材料进行破碎；

14、超声震荡池和齿轮破碎机的下方分别设置有一个材料萃取池；每个材料萃取池均通过转轴转动安装于机架上，转轴与一个翻转电机的输出端连接，实现材料萃取池以水平轴作为轴心的转动，用于将齿轮破碎机处理后的正极材料或超声震荡池处理后的负极材料中的有价金属溶解且集流体和石墨不溶解，形成具有集流体和石墨颗粒的有价金属溶液；

15、两个材料萃取池的下方分别设置有一个产品池；每个产品池中均设置有筛网，用于阻挡集流体和石墨，且有价金属溶液通过，进而将集流体和石墨与有价金属分离，过滤后的有价金属溶液承接于各自的产品池中。

16、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

17、(1)本实用新型构建了一种低能耗电池绿色全流程回收体系，实现了废旧锂离子电池剩余电量的高效释放、电池拆解和回收的一体化流程，解决了现有废旧锂离子电池回收方法中能耗过高、环境污染严重、电池放电效率较低、放电不完全的问题，实现了电池全流程绿色节能型回收，节能减排。

18、(2)本实用新型对现有的废旧电池放电过程进行了创新，创造性地提出了将预放电与深度放电相结合、物理放电与化学放电相结合，提高废旧锂离子电池的放电速率和效率。废旧电池在预放电过程中，其剩余电量通过导线储存于蓄电池中，用于进一步的回收利用。在深度放电中，电池在与其自身尺寸相适应的通道上与金属壁面接触，其正负极形成短接，从而实现物理放电，同时，放电溶液充斥于通道内，电池与其接触实现化学放电。本实用新型通过对电池放电单元结构的创新，实现了电池剩余电量释放的完全性和高效性。

19、(3)本实用新型将低共熔溶剂纳米流体从实验室内单一浸泡破碎后的正极材料转变为应用于电池的全流程回收中，扩大了其应用范围，同时降低了材料分离过程中的能耗，同时避免了有害气体的产生。

技术特征：

1.一种全流程自动化锂离子电池回收装置，其特征在于，该装置包括放电单元、传送带、拆解单元、回收单元和机架；机架上设置有电池入口，正负极方向统一后的废旧锂离子电池通过电池入口进入本装置；

2.根据权利要求1所述的全流程自动化锂离子电池回收装置，其特征在于，所述预放电仓包括金属挡板、导线、蓄电池、预放电仓入口和预放电仓出口；

3.根据权利要求1所述的全流程自动化锂离子电池回收装置，其特征在于，所述完全放电容器包括金属壁面、通道、完全放电容器出口、固定轴和转轮；

4.根据权利要求1所述的全流程自动化锂离子电池回收装置，其特征在于，电池极耳拆解刀的刀片摆放方向与电池移动方向相同；电池体拆解刀的刀片摆放方向与电池移动方向垂直。

5.根据权利要求1所述的全流程自动化锂离子电池回收装置，其特征在于，所述抓夹包括手指气缸、连接杆和抓夹移动气缸；抓夹移动气缸的缸体固定于机架上，输出端通过连接杆与手指气缸的缸体固定连接，带动手指气缸运动。

6.根据权利要求1所述的全流程自动化锂离子电池回收装置，其特征在于，传送带上等距间隔设置有电池卡槽，用于卡住电池，进而实现电池跟随传送带运动并进行后续的拆解；电池卡槽由高弹性的金属材料制作而成，当电池被推入其中时，由于弹力作用，金属片张开，当电池完全进入后，金属片恢复原状，将电池固定。

7.根据权利要求1所述的全流程自动化锂离子电池回收装置，其特征在于，所述齿轮破碎机包括齿轮切割刀和破碎机固定轴；破碎机固定轴转动安装于齿轮破碎机的壳体中，转动的动力由电机提供；若干个齿轮切割刀等距间隔设置于破碎机固定轴上，破碎机固定轴带动齿轮切割刀运动。

8.根据权利要求1所述的全流程自动化锂离子电池回收装置，其特征在于，所述材料萃取池包括涡轮和中空外壁；涡轮转动设置于中空外壁上，用于搅拌；中空外壁的中空结构内存放有相变材料，保证搅拌时的温度；中空外壁的内部存放有低共熔溶剂纳米流体，用于溶解有价金属且不溶解集流体和石墨。

9.根据权利要求1所述的全流程自动化锂离子电池回收装置，其特征在于，所述产品池的下方设置有产品出口，用于有价金属溶液从产品池中流出。

10.根据权利要求1所述的全流程自动化锂离子电池回收装置，其特征在于，所述回收单元还包括漏斗；超声震荡池、齿轮破碎机和两个材料萃取池的下部均设置有漏斗。

技术总结
本技术公开了一种全流程自动化锂离子电池回收装置，包括放电单元、传送带、拆解单元、回收单元和机架；机架上设置有电池入口，正负极方向统一后的废旧锂离子电池通过电池入口进入本装置；放电单元包括气动推进装置、预放电仓和完全放电容器；拆解单元包括纵向移动气缸、电池极耳拆解刀、横向移动气缸、电池体拆解刀和抓夹；回收单元包括外壳滑道、外壳回收箱、超声震荡池、齿轮破碎机、材料萃取池、产品池、翻转电机和筛网。本技术构建了一种低能耗电池绿色全流程回收体系，实现了废旧锂离子电池剩余电量的高效释放、电池拆解和回收的一体化流程，实现了电池全流程绿色节能型回收，节能减排。

技术研发人员：饶中浩,刘艺媛,张航宇,迟勃洋,刘新健
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：20230728
技术公布日：2024/2/1