一种锂电池拆解预处理装置及方法与流程

1.本发明实施例涉及锂电池回收领域，具体涉及一种锂电池拆解预处理装置及方法。


背景技术：

2.为实现我国承诺的“3060”碳排放目标，新能源的大规模应用势在必行，锂电池作为新能源有效的储运载体生产规模再次爆发，目前国内已有和在建的锂电池年产能已突破10亿kwh，到2025年退役的锂电池就将达到80万吨以上，且数量还将逐年快速递增，直至将来年退役近千万吨的规模。因此，大力研发锂电池高品质和绿色安全的回收技术，建立健全锂电池循环经济产业链，已是国家和行业的明确发展目标。锂电池单体主要是由正极片、隔膜和负极片逐层叠加或卷绕成电池芯包(由几十到上百个电极层构成)，再将全部同极性极片的极耳连接在一起，形成两个整体电能输出的正、负极柱，再装入外壳中注入适量的电解液加以封装后构成。其中，锂电池单体存留电量的拆解前处理，是电池单体安全绿色回收的基础，是动力锂电池拆解回收技术的重要组成部分。近年来有许多企业和技术人员投入大量的时间精力进行了相关技术研发，现有技术归纳起来包括：
3.1、电池单体导电液体放电。2、电池单体固体导电粉末放电。3、电池单体带电直接破碎拆解。
4.专利cn201821091665.8(一种锂电池放电装置)，cn201921996986.7(一种废旧锂电池放电装置)，cn201821091809.x(一种活动阀动力电池带电破碎装置)，等主要是通过具有冷却、防护、浸泡、搅动和输送功能的装置，将电池单体浸入到液体导电剂或固体导电粉末中，进行自由式放电处理。带电破碎则是采用具备活动密封阀、气体防护、冷却除尘和破碎功能的装置，将电池单体带电直接破碎拆解处理。存在的问题是：1、通过液体或固体粉末放电，过程不易控制，存在一定安全隐患。2、易出现欠放电和过放电的现象，欠放电在后续拆解过程易产生电火花引起电池燃烧，过放电会引起电池极片的氧化腐蚀反应影响拆解后材料的分选性能和回收品质。3、使用液体或粉末放电还存在设备易腐蚀，废液及粉末易引起环境污染问题。4、电池带电整体拆解易产生电火花和短路过热现象，在设备中一旦燃烧将直接影响生产安全和生产效率，同时引起电池材料严重氧化，大大降低回收材料品质。5、电池整体带电拆解对设备的密封性、防爆性和含氧量要求严格，因此设备结构复杂、成本较高。6、电池单体的导电极柱、极耳和外壳材料不能独立进行清洁回收。总之，现有技术存在的不足是：没有从根本找到动力锂电池单体安全、环保、高效化解电能的拆解前处理技术方案，这是锂电池拆解回收前处理工艺中亟待解决的薄弱环节。


技术实现要素：

5.为此，本发明实施例提供一种锂电池拆解预处理装置及方法，以解决现有技术中锂电池回收装置结构复杂、回收方法安全性差的问题。
6.为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
7.在本发明的实施方式的一个方面中，提供了一种锂电池拆解预处理装置，包括：
8.基座；
9.传送装置，设置在所述基座上；
10.单体夹具，设置在所述传送装置上，并随所述传送装置移动；
11.其中，沿所述传送装置移动方向，依次设置有进料装置、第一处理装置、第二处理装置、第三处理装置；
12.所述进料装置接收电池单体，并将所述电池单体投放至所述单体夹具上；所述第一处理装置设置成切割并回收所述电池单体的电极端盖、底端盖和/或极耳；所述第二处理装置设置成分离所述电池单体的芯包和壳体，并回收所述芯包；所述第三处理装置设置成回收所述壳体。
13.进一步地，所述锂电池拆解预处理装置还包括：
14.密封壳体，设置在所述基座上，所述密封壳体上设置在有抽排气装置；
15.所述传送装置及所述单体夹具设置在所述密封壳体内；
16.所述进料装置、所述第一处理装置、所述第二处理装置、所述第三处理装置分别与所述密封壳体配合设置。
17.进一步地，所述进料装置包括：
18.进料仓体，所述进料仓体穿过所述密封壳体；
19.进料仓上阀板，设置在所述进料仓体上方开口处，控制所述进料仓体上方开口的开闭；
20.进料仓下阀板，设置在所述进料仓体下方开口处，控制所述进料仓体下方开口的开闭；
21.所述进料仓体上设置有氮气口，所述氮气口连接氮源，使得所述进料仓体内保持正压。
22.进一步地，所述第一处理装置包括：
23.设置在所述密封壳体内的切割结构，所述切割结构包括第一切割结构和第二切割结构；
24.所述第一切割结构与所述第二切割结构分别设置在所述传送装置的传送主体两侧，用于切割所述电池单体的电极端盖、底端盖、极耳。
25.进一步地，所述第二处理装置包括：
26.推芯气缸，位于所述密封壳体内；
27.输送带，与所述推芯气缸分别设置在所述传送装置的传送主体两侧，所述输送带部分设置在所述密封壳体内；
28.所述推芯气缸通过经所述第一处理装置处理过的电池单体的两侧开口，将所述芯包与所述壳体分离，将所述芯包推至所述输送带上。
29.进一步地，所述密封壳体上设置有出料口，所述出料口处设置有出料阀板；
30.所述输送带穿过所述出料口，将分离后的所述芯包运出所述密封壳体。
31.进一步地，所述第三处理装置包括：
32.推壳气缸，设置在所述传送装置的传送主体一侧，所述推壳气缸将分离后的所述壳体推离所述单体夹具。
33.进一步地，所述传送装置为首尾相连的环形传送装置；
34.所述单体夹具的个数为多个，均匀分布在所述传送装置上；
35.所述多个单体夹具连接有夹具电机，所述夹具电机用于控制所述单体夹具的开合。
36.进一步地，所述锂电池拆解预处理装置还包括：
37.控制装置；
38.所述传送装置包括第一驱动电机，所述第一驱动电机与所述控制装置电连接；
39.所述进料装置包括用于驱动所述进料仓下阀板开合的第二驱动电机，所述第二驱动电机与所述控制装置电连接；
40.所述夹具电机、所述推芯气缸和所述推壳气缸分别与所述控制装置电连接。
41.在本发明的实施方式的另一个方面中，提供了一种锂电池拆解预处理方法，包括：接收电池单体；切割并回收所述电池单体的电极端盖、底端盖、极耳；分离所述电池单体的芯包和壳体，并推送出所述芯包；回收所述壳体；收集并处理所述电池单体处理过程中的挥发气体。
42.本发明的实施方式具有如下优点：
43.本发明实施例公开了一种锂电池拆解预处理装置及方法，通过割断集流体连接，安全隐蔽电能，独立回收电池外壳全部材料，真空快速干燥芯包表面和冷凝回收易挥发有机溶剂，安全环保，高品质回收并举的技术工艺方法和装置，可达到安全环保、简单高效和提高电池回收材料种类和品质的显著效果。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
45.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
46.图1为本发明的实施例提供的一种锂电池拆解预处理装置的结构示意图；
47.图2为本发明的实施例提供的一种锂电池拆解预处理装置的另一结构示意图；
48.图3为本发明的实施例提供的一种锂电池拆解预处理方法的流程示意图。
49.图中：1
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进料仓上阀板、2
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进料仓体、3
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氮气口、4
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进料仓下阀板、5
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极耳、6
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电池芯包、7
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电池单体、8
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传送装置、9
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单体夹具、10
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切割结构、11
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推壳气缸、12
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壳体、13
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推芯气缸、14
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芯包、15
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切后极耳、16
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密封壳体、17
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抽排气装置、18
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输送带、19
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基座、20
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出料阀板。
具体实施方式
50.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明
书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
52.实施例
53.参考图1、2所示，本发明的实施例提供了一种锂电池拆解预处理装置，其包括：基座19、传送装置8和单体夹具9。传送装置8设置在基座19上。单体夹具9用于夹持定位电池单体7，单体夹具9设置在传送装置8上，并随传送装置8转动。其中，沿传送装置8移动方向，依次设置有进料装置、第一处理装置、第二处理装置、第三处理装置。具体地，设置在传送装置8上的单体夹具9依次经过进料装置、第一处理装置、第二处理装置、第三处理装置。
54.具体地，进料装置用于接收电池单体7，并将电池单体7投放至单体夹具9上。如图1、2所示，锂电池的电池单体7包括设置在壳体12两端的电机盖板和底盖板、设置在盖板上的极耳5、位于壳体12内部的电池芯包6。第一处理装置设置成切割并回收电池单体7的电极端盖、底端盖和/或极耳5。第二处理装置设置成分离电池单体7的芯包14和壳体12，并回收芯包14。第三处理装置设置成回收壳体12。
55.如图2所示，锂电池拆解预处理装置还包括：密封壳体16。密封壳体16设置在基座19上，密封壳体16上设置在有抽排气装置17，用于收集电池单体7处理过程中的挥发气体，同时抽排气装置17可以往密封壳体16内泵气，从而加速挥发。
56.其中，传送装置8及单体夹具9设置在密封壳体16内。进料装置、第一处理装置、第二处理装置、第三处理装置分别与密封壳体16配合设置，从而实现密封壳体对上述各装置的部分密封。
57.如图1、2所示，可选的，进料装置包括：进料仓体2、进料仓上阀板1、进料仓下阀板4。
58.其中，进料仓体2穿过密封壳体16。进料仓上阀板1设置在进料仓体2上方开口处，控制进料仓体2上方开口的开闭。进料仓下阀板4设置在进料仓体2下方开口处，控制进料仓体2下方开口的开闭。进料仓体2上设置有氮气口3，氮气口3连接氮源，使得进料仓体2内保持正压，从而避免处理中的电池单体7的易挥发的物质从进料仓体2的开口溢出。
59.如图1、2所示，第一处理装置包括：设置在密封壳体16内的切割结构10，切割结构10包括第一切割结构和第二切割结构。可选的，第一切割结构和第二切割结构为2台小型带锯。
60.第一切割结构与第二切割结构分别设置在传送装置8的传送主体两侧，单体夹具9夹持待处理的电池单体7，并且使得电池单体7待处理的电极端盖、底端盖、极耳5不与单体夹具9接触，第一切割结构与第二切割同时转动切割电池单体7的电极端盖、底端盖、极耳5。
61.进一步地，第一处理装置还包括用于回收切后极耳15、切后电极端盖和底端盖的装置。
62.如图1、2所示，第二处理装置包括：推芯气缸13、输送带18。
63.其中，推芯气缸13位于密封壳体16内。输送带18与推芯气缸13分别设置在传送装
置8的传送主体两侧，输送带18部分设置在密封壳体16内。推芯气缸13通过经第一处理装置处理过的电池单体的两侧开口，将芯包14与壳体12分离，将芯包14推至输送带18上。
64.进一步地，密封壳体16上设置有出料口，出料口处设置有出料阀板20。输送带18穿过出料口，将分离后的芯包14运出密封壳体16，无耳的芯包14被送入下一拆解设备继续进行拆解。
65.如图1、2所示，第三处理装置包括：推壳气缸11。推壳气缸11设置在传送装置8的传送主体一侧，推壳气缸11将分离后的壳体12推离单体夹具9。进一步地，被推离单体夹具9的无芯壳体12被送往壳体回收装置处。
66.在本发明的实施例中，如图1、2所示，可选的，传送装置8为首尾相连的环形传送装置。单体夹具9的个数为多个，均匀分布在传送装置8上。多个单体夹具9连接有夹具电机，夹具电机用于控制单体夹具9的开合。
67.进一步地，锂电池拆解预处理装置还包括：控制装置。
68.具体地，传送装置8包括第一驱动电机，第一驱动电机与控制装置电连接。进料装置包括用于驱动进料仓下阀板4开合的第二驱动电机，第二驱动电机与控制装置电连接。夹具电机、推芯气缸13和推壳气缸11分别与控制装置电连接。
69.如图1、2、3所示，本发明的锂电池拆解预处理装置的操作使用流程如下：
70.打开进料仓上阀板1，将锂电池单体放入进料仓体2中，氮气口3通入氮气保持微正压，打开进料仓下阀板4，电池投放入单体夹具9中夹紧后，跟随环形的传送装置8一起转动到第一处理装置处的切割工位。
71.两台小型带锯同时动作，切除掉电池单体7的电极端盖和底端盖并予以回收，与此同时也切断了电池芯包6的全部正、负极集流输出极耳5，此时原电池单体7的电量输出端—正、负极导电极柱也被彻底切掉，电池电量已无法集中输出，使原来由几十片到上百片集中焊接在一起输出的电量，变成以单极片的形式保留和输出电量，也就是电池单体的电能输出能力成为了切耳前的百分之一到几十分之一，相当于电池单体的总电能得到了分散隐蔽，没有了产生电火花的足够能量。
72.传送装置8继续转动到第二处理装置的脱壳工位处，推芯气缸13工作将无耳的芯包14推送到输送带18上，当送到设备出料端时出料阀板20打开，无耳的芯包14被送入下一拆解设备继续进行拆解。
73.当单体夹具9转到第三处理装置的外壳回收工位处后，控制单体夹具9松开，推壳气缸11工作，将无芯外壳送入回收箱，单体夹具9继续回转重新装夹电池单体7。
74.如此不断循环工作的过程中设备由密封壳体16封闭，同时抽排气装置17与真空泵连接连续抽排电池芯包14表面挥发的电解液有机溶剂，使芯包14表面得以干燥，减少了后续拆解工序中电池芯包14的有机溶剂含量，提高了拆解的安全性，同时抽出的有机溶剂气体通过冷凝装置冷凝得到回收。
75.如图3所示，在本发明的实施例还提供了一种锂电池拆解预处理方法，其包括：接收电池单体7；切割并回收电池单体7的电极端盖、底端盖、极耳5；分离电池单体7的芯包14和壳体12，并回收芯包14；回收壳体12。
76.其中，收集并处理电池单体7处理过程中的挥发气体，具体地，抽出的电池单体7的有机溶剂挥发气体通过冷凝装置冷凝得到回收。
77.应用本发明技术方案的装置及方法进行锂电池单体拆解前电量处理，较现有技术具有电能易于控制，过程安全环保，无过放电，欠放电，打电火花和短路过热现象发生，避免了电池单体内部电芯材料的氧化反应，保证了材料的可拆分性能和回收材料的品质。电池单体7的导电极柱、极耳、外壳和易挥发有机溶剂还可实现单独的清洁回收。另外，由于可控的不放电可稳定完成后续拆解过程，锂离子可较稳定的保留在负极材料中，即有利于提高正极材料的回收品质又便于将集中在负极材料中锂提取回收利用。因此很好的提高锂电池单体的回收材料品种和品质，具有十分显著的技术创新优势。
78.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。