CN110611137B

CN110611137B - 一种废旧动力锂电池干法回收方法

Info

Publication number: CN110611137B
Application number: CN201910859050.8A
Authority: CN
Inventors: 朱学帅; 封萍; 韦鲁滨; 杨熙祖
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2039-09-11
Also published as: CN110611137A

Abstract

本发明涉及一种废旧动力锂电池干法回收方法，包括S1，采用剪切破碎的方式将废旧动力锂电池的电芯进行破碎，得到电极碎料和隔膜；S2，将电极碎料进行高温处理，去除粘结剂，用搅拌磨机研磨，得到电极粉和铜铝混合物；S3，将电极粉和铜铝混合物及隔膜进行一次气流分选，分别得到电极粉及隔膜混合物以及铜铝混合物；S4，将电极粉及隔膜混合物进行分级处理，得到电极粉和隔膜；S5，将铜铝混合物进行二次分选，得到铜箔和铝箔。本发明为废旧动力锂电池提供了完整的预处理路线，对铜箔、铝箔、隔膜及电极粉进行了分类回收，且应用干法手段，有效减少了环境污染，回收资源的同时减少后续处理压力，是资源化，无害化的预处理工艺。

Description

一种废旧动力锂电池干法回收方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物回收处理领域，具体而言，涉及一种废旧动力锂电池干法回收方法。

背景技术

锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、清洁无污染等特点，广泛用于交通、电力、移动通信、新能源储能、航天军工等重要领域。随着新能源汽车的普及和推广，锂电池在新能源汽车储能领域更是大放异彩。由于动力锂电池能量消耗大，使用寿命短，使得报废量激增，对环境造成严重污染，同时废旧动力锂电池中含有大量的铜、铝、石墨等资源，不进行有效回收，也会造成资源浪费。因此，废旧动力锂电池回收利用迫在眉睫。

然而，我国现在废旧动力锂电池回收目前处于实验室阶段，主要分为预处理和后续处理两部分，预处理的优化能够减轻后续处理的压力，目前国内还没有形成完整的资源化、无害化的预处理工艺。

发明内容

本发明设计了一种废旧动力锂电池干法回收方法，其解决现有预处理技术中废旧动力锂电池回收率低、污染环境以及能耗大的问题。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种废旧动力锂电池干法回收方法，包括以下步骤：

S1，采用剪切破碎的方式将所述废旧动力锂电池的电芯进行破碎，得到电极碎料和隔膜；

S2，将所述电极碎料进行高温处理，去除粘结剂，用搅拌磨机研磨，得到电极粉和铜铝混合物；

S3，将所述电极粉和所述铜铝混合物及所述S1所得的隔膜进行一次气流分选，分别得到电极粉及隔膜混合物以及铜铝混合物；

S4，将所述电极粉及隔膜混合物进行分级处理，得到电极粉和隔膜；

S5，将所述铜铝混合物进行二次分选，得到铜箔和铝箔。

步骤S4和步骤S5之间没有先后顺序。

优选地，所述步骤S1中，所述的破碎方式为剪切破碎，以保证破碎后的物料形状。

优选地，所述步骤S2中，所述高温处理的方式脱除粘结剂，要在通风条件下进行，以保证有机粘结剂发生裂解反应，得到所述裂解气和所述电极粉。

步骤S2中，对电极碎料进行高温脱除粘结剂的步骤包括：使容器中电极碎料铺满，在通风条件下通过高温使粘结剂挥发脱除，得到电极粉和铜铝混合物。

优选地，所述步骤S2中，所述高温处理的温度为400-500℃；所述高温处理时间为1-2h。

优选地，所述步骤S2中，所述搅拌磨机使用的研磨介质采用粒度3-6mm的石英砂，介质填充率大于50%。

优选地，所述步骤S2中还包括烟气净化处理过程，所述烟气净化处理过程处理所述高温处理产生的烟气。

优选地，所述步骤S3中，对所述的电极粉、铜铝混合物及隔膜进行一次气流分选采用变径脉动气流分选机；

优选地，所述变径脉动气流分选机的风量应为40-50m³/h；

优选地，所述变径脉动气流分选机的变径段锥比应为1/25-4/25；

优选地，所述变径脉动气流分选机的直筒段高度应为0.5-1m；

优选地，所述变径脉动气流分选机的气体分布器排料口内径占分选柱横截面积比例应为15%-20%。

具体来说，步骤S3中，采用变径脉动气流分选装置对电极粉、铜铝混合物及隔膜进行一次气流分选的步骤包括：将物料放入给料器中，调节气流分选机风量到40-50m³/h，给料器均匀给料，得到电极粉及隔膜混合物与铜铝混合物。

步骤S3中，一次气流分选过程还包括对分选设备进行除尘处理的步骤。

优选地，所述步骤S4中，对所述电极粉及隔膜的混合物进行分级处理，采用旋风分离器。对电极粉及隔膜的混合物进行分级处理时，分级的风量要恒定，同时采用除尘装置。

优选地，所述步骤S5中，对所述的铜铝混合物进行二次气流分选采用变径脉动气流分选机；

优选地，所述变径脉动气流分选机的风量应为120-150m³/h；

优选地，所述变径脉动气流分选机的直筒段高度应为0.5-1m；

具体来说，步骤S5中，采用变径脉动气流分选装置对铜铝混合物进行二次气流分选的步骤包括：一次气流分选的重产物为铜铝混合物，进入到二次气流分选设备中，调节分选机风量到120-150m³/h，得到铜箔及铝箔。

优选地，所述步骤S1中，将所述电芯剪切破碎前，还包括对废旧动力锂电池进行深度放电过程。

该废旧动力锂电池干法回收方法具有以下有益效果：

（1）本发明为废旧动力锂电池提供了一条完整的预处理路线，对其中的金属资源（铜、铝）、隔膜以及电极粉进行了有效分类回收，而且在处理过程中不产生任何污染，是针对废旧动力锂电池的资源化、绿色环保的预处理工艺。除此之外，上述预处理工艺具有结构简单，操作容易等特点，易于实现工业化、大型化，很适合工业化大规模应用。

（2）本发明回收废旧动力锂电池，对电芯进行破碎时会产生一些挥发有机物，将电极碎料进行高温脱除粘结剂时，由于粘结剂为有机物，当温度达到400-500℃时，会使其挥发，产生烟气，这一部分烟气与破碎过程产生的挥发有机物通过点燃并加入生石灰，使含氟含磷的酸性气体转化为氟化钙和磷酸钙，实现无害化处理。

（3）本发明中的电极碎料经高温处理，剩余的固体物质主要为铜箔、铝箔、电极粉以及隔膜的混合物，进入主要分离设备。另外，本发明采用的破碎方式为剪切式破碎，使得碎后形状有所保证，同时粒度较大，有利于后续分选。其次，依据铜箔、铝箔、隔膜和电极粉的密度差异、粒度差异来实现按密度分选、按粒度分级，实现一次入料分选出4种产品的分选-分级一体化工艺，分选出的铜箔、铝箔进一步处理即可再利用。

附图说明

图1：本发明废旧动力锂电池干法回收预处理流程示意图；

图2：本发明废旧动力锂电池干法回收系统的示意图；

附图标记说明：

10—剪切破碎装置；20—高温焙烧装置；30—烟气净化装置；40—废旧动力锂电池干法回收系统；41—一次气流分选机；42—二次气流分选机；43—一次分级机；50—放电装置。

具体实施方式

下面结合图1至图2，对本发明做进一步说明：

如图1所示，市场中的大量废旧动力锂电池得不到良好处理会制约社会的发展，目前的处理技术存在回收效率低，处理压力大，环境污染严重的问题。针对这一问题，本发明提供了一种废旧动力锂电池干法回收方法，其包括以下步骤：S1，采用剪切破碎的方式将电芯破碎，得到电极碎料和隔膜；S2，将电极碎料进行高温处理，去除粘结剂，用搅拌磨机研磨，得到电极粉和铜铝混合物；S3，采用变径脉动气流分选装置将电极粉、铜铝混合物及隔膜进行一次气流分选，得到电极粉及隔膜混合物与铜铝混合物；S4，将电极粉及隔膜的混合物进行分级处理，得到电极粉和隔膜；S5，采用变径脉动气流分选装置将铜铝混合物进行二次气流分选，得到铜箔和铝箔。

利用上述处理系统回收废旧动力锂电池，对电芯进行破碎时会产生一些挥发有机物，将电极碎料进行高温脱除粘结剂时，由于粘结剂为有机物，当温度达到400-500℃时，会使其挥发，产生烟气，这一部分烟气与破碎过程产生的挥发有机物通过点燃并加入生石灰，使含氟含磷的酸性气体转化为氟化钙和磷酸钙，实现无害化处理。本发明中的电极碎料经高温处理，剩余的固体物质主要为铜箔、铝箔、电极粉以及隔膜的混合物，进入主要分离设备。另外，本发明采用的破碎方式为剪切式破碎，使得碎后形状有所保证，同时粒度较大，有利于后续分选。其次，依据铜箔、铝箔、隔膜和电极粉的密度差异、粒度差异来实现按密度分选、按粒度分级，实现一次入料分选出4种产品的分选-分级一体化工艺，分选出的铜箔、铝箔经简单处理即可再利用。本发明为废旧动力锂电池提供了一条完整的预处理路线，对其中的金属资源（铜、铝）、隔膜以及电极粉进行了有效分类回收，而且在处理过程中不产生任何污染，是针对废旧动力锂电池的资源化、绿色环保的预处理工艺。除此之外，上述预处理工艺具有结构简单，操作容易等特点，易于实现工业化、大型化，很适合工业化大规模应用。

破碎过程采用剪切破碎的方式，为保证破碎过程的安全，破碎过程应在惰性气体的保护下，同时使破碎温度在20℃以下。

为提高高温焙烧脱除粘结剂的效率，同时保证电极粉在受热过程不发生氧化还原反应，应使焙烧温度在400-500℃，同时要保证通风条件良好，焙烧时间在1-2h。焙烧后的有机挥发物经过烟气净化装置处理后排放。

上述过程后，剩余固体混合物进入废旧动力锂电池干法回收系统。

通过一次分选系统，混合物被分成铜箔、铝箔混合物和电极粉、隔膜混合物两部分。优选地，这一过程中风量应控制在40-50m³/h，在轻产物排料端设置布袋除尘装置。

上述分选过程完成后，轻产物（电极粉、隔膜混合物）进入一次分级系统，分成电极粉和隔膜两部分。分级系统配备完整的除尘系统。

重产物（铜箔、铝箔混合物）进入二次分选系统，分成轻产物铝箔和重产物铜箔两部分。

优选地，这一过程中风量应控制在120-150m³/h，在轻产物排料端设置布袋除尘装置。

在步骤S3和步骤S5中，一次和二次分选装置采用变径脉动气流分选机。优选地，变径脉动气流分选机的变径段锥比应为1/25-4/25。

在步骤S3和步骤S5中，一次和二次分选装置采用变径脉动气流分选机。优选地，变径脉动气流分选机的直筒段高度应为0.5-1m。

在步骤S3和步骤S5中，一次和二次分选装置采用变径脉动气流分选机。优选地，变径脉动气流分选机的气体分布器排料口内径占分选柱横截面积比例应为15%-20%。

在步骤S4中，分级装置采用旋风分离器。

如图2所示，一种废旧动力锂电池干法回收系统40，包括一次气流分选机41、二次气流分选机42以及一次分级机43；一次气流分选机41将电极粉和铜铝混合物及隔膜进行一次气流分选，分别得到电极粉及隔膜混合物以及铜铝混合物；二次气流分选机42将铜铝混合物进行二次分选，得到铜箔和铝箔；一次分级机43将电极粉及隔膜混合物进行分级处理，得到电极粉和隔膜。

还包括高温焙烧装置20，其将电极碎料进行高温处理，去除粘结剂，用搅拌磨机研磨，得到电极粉和铜铝混合物。

还包括烟气净化装置30，烟气净化装置30处理高温焙烧装置20产生的烟气。

还包括剪切破碎装置10，其采用剪切破碎的方式将废旧动力锂电池的电芯进行破碎，得到电极碎料和隔膜。

还包括放电装置50，在电芯剪切破碎前，放电装置50对废旧动力锂电池进行深度放电过程。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种废旧动力锂电池干法回收方法，包括以下步骤：

所述步骤S3中，对所述的电极粉、铜铝混合物及隔膜进行一次气流分选采用变径脉动气流分选机；所述变径脉动气流分选机的风量应为40-50m³/h；所述变径脉动气流分选机的变径段锥比应为1/25-4/25；所述变径脉动气流分选机的直筒段高度应为0.5-1m；

所述变径脉动气流分选机的气体分布器排料口内径占分选柱横截面积比例应为15%-20%

S5，将所述铜铝混合物进行二次分选，得到铜箔和铝箔。

2.根据权利要求1所述的废旧动力锂电池干法回收方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述的破碎方式为剪切破碎，以保证破碎后的物料形状。

3.根据权利要求1所述的废旧动力锂电池干法回收方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述高温处理的方式脱除粘结剂，要在通风条件下进行，以保证有机粘结剂发生裂解反应，得到裂解气和所述电极粉。

4.根据权利要求2所述的废旧动力锂电池干法回收方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述高温处理的温度为400-500℃；所述高温处理时间为1-2h。

5.根据权利要求3或4所述的废旧动力锂电池干法回收方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述搅拌磨机使用的研磨介质采用粒度3-6mm的石英砂，介质填充率大于50%。

6.根据权利要求3或4所述的废旧动力锂电池干法回收方法，其特征在于：所述步骤S2中还包括烟气净化处理过程，所述烟气净化处理过程处理所述高温处理产生的烟气。

7.根据权利要求1所述的废旧动力锂电池干法回收方法，其特征在于，所述步骤S4中，对所述电极粉及隔膜的混合物进行分级处理，采用旋风分离器。

8.根据权利要求1所述的废旧动力锂电池干法回收方法，其特征在于，所述步骤S5中，对所述的铜铝混合物进行二次气流分选采用变径脉动气流分选机。

9.根据权利要求8所述的废旧动力锂电池干法回收方法，其特征在于，所述变径脉动气流分选机的风量应为120-150m³/h；所述变径脉动气流分选机的变径段锥比应为1/25-4/25；所述变径脉动气流分选机的直筒段高度应为0.5-1m；所述变径脉动气流分选机的气体分布器排料口内径占分选柱横截面积比例应为15%-20%。

10.根据权利要求1-4、7-9中任一项所述的废旧动力锂电池干法回收方法，其特征在于，所述步骤S1中，将所述电芯剪切破碎前，还包括对废旧动力锂电池进行深度放电过程。