[發明專利]退役鋰離子電池電極材料分段熱處理資源化裝置及方法

在審

• 申請號: 202011469665.9
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112593085A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 張光文;袁雪;何亞群;逯啟昌;張峰彬;吳世龍
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C22B7/00
• 分類號: C22B7/00;C22B5/10;H01M10/0525;H01M10/54
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種退役鋰離子電池電極材料分段熱處理資源化裝置，其特征在于：它包括密封結構的一段加熱裝置（5）、二段加熱裝置（10）和尾氣處理裝置（18）；所述一段加熱裝置（5）分為上下兩部分，上半部分內設有螺旋輸送裝置（2），一段加熱裝置（5）在螺旋輸送裝置（2）入料位置處設有星型給料裝置（1），一段加熱裝置（5）的下半部分分別在螺旋輸送裝置（2）的前端下方設有星型卸料裝置a（6），后端下方設有星型卸料裝置c（13），星型卸料裝置c（13）下方設有料斗b（14）

所述二段加熱裝置（10）內設有鏈帶傳動裝置（8），二段加熱裝置（10）在鏈帶傳動裝置（8）的入料位置與星型卸料裝置a（6）連接，鏈帶傳動裝置（8）的出料位置在二段加熱裝置（10）下方通過星型卸料裝置b（11）連接有料斗a（12）；

所述一段加熱裝置（5）、二段加熱裝置（10）通過氣體管路系統（16）與尾氣處理裝置（18）相連接。

2.根據權利要求1所述的退役鋰離子電池電極材料分段熱處理資源化裝置，其特征在于：所述的螺旋輸送裝置（2）所在的一段熱處理系統和鏈帶傳動裝置（8）所在的二段熱處理系統入料處分別設有一段惰性氣體進氣口（3）和二段惰性氣體進氣口（7）。

3.根據權利要求1所述的退役鋰離子電池電極材料分段熱處理資源化裝置，其特征在于：所述螺旋輸送裝置（2）、鏈帶傳動裝置（8）與尾氣處理裝置（18）連接的氣體管路系統（16）上分別設有止逆閥a（15）和止逆閥b（17）。

4.根據權利要求1所述的退役鋰離子電池電極材料分段熱處理資源化裝置，其特征在于：所述一段加熱裝置（5）內的螺旋輸送裝置（2）與星型卸料裝置a（6）之間設有篩網（4）。

5.一種使用權利要求1所述退役鋰離子電池電極材料分段熱處理資源化裝置的資源化方法，其特征在于步驟如下：

S1、利用一段惰性氣體進氣口（3）向一段加熱裝置（5）內通入氮氣形成氮氣氛圍，同時對螺旋輸送裝置（2）所在空間加熱至500℃后保持恒溫，將退役鋰離子電池的正、負電極片與研磨小球一起通過星型給料裝置（1）給入一段加熱裝置（5），正、負電極片中的有機質被熱解脫除，同時正、負電極片在螺旋輸送裝置（2）的螺旋推動下向前移動，研磨小球撞擊熱解處理后的電極片促進細粒級正、負電極材料與集流體的解離；

S2、解離后的正、負電極材料中的細粒級電極材料透過篩網（4）從星型卸料裝置a（6）給入到二段加熱裝置（10），給入二段加熱裝置（10）的細粒級電極材料均勻散落在勻速移動的鏈帶傳動裝置（8）的鏈帶（9）上，同時在二段加熱裝置（10）內進一步熱處理，在高溫作用下，有機質完全分解，從電極材料中分解出來的熱解殘炭、導電添加劑炭黑、負極材料石墨作為還原劑實現正電極材料中高價態過渡金屬元素的碳熱還原，其中熱解殘炭粘附在細粒級電極材料表面與導電添加劑炭黑起到關鍵的還原作用，通過鏈帶輸送裝置（8）的輸送作用將熱處理后的細粒級電極材料粉末運送至出料口并經過星型卸料裝置b（11）進入料斗a（12）收集；

S3、較粗而無法通過篩網（4）的粗粒級集流體與小球在螺旋輸送裝置（2）的螺旋推動作用下繼續往前移動并繼續解離，最終無法透過篩網（4）的集流體與小球來到螺旋輸送裝置（2）的末端并通過星型卸料裝置c（13）排入到料斗b（14）；

S4、一段加熱裝置（5）和二段加熱裝置（10）中產生并通過氣體管路系統（16）收集的熱解氣體給入尾氣處理裝置（18）進行冷凝處理，將冷凝處理獲得的熱解油可作為燃料為一段加熱裝置（5）和二段加熱裝置（10）提供能量，冷凝之后的氣體在尾氣處理裝置可被進一步處理至達標排放，此后將整個流程中的尾氣進行收集處理并達標排放，避免產生二次污染。

6.根據權利要求5所述的資源化方法，其特征在于：將料斗a（12）內收集的細粒級電極材料直接進行酸浸處理實現各金屬元素離子化，并通過真空過濾實現金屬離子溶液與其他固體雜質的分離，實現退役鋰離子電池電極材料中高價值金屬元素的回收，酸浸過程無需加入還原劑且所用酸有無還原性均可。