[發明專利]一種經濟型三元鋰電池拆解回收系統及方法

在審

• 申請號: 202111392309.6
• 申請日: 2021-11-19
• 公開（公告）號: CN114497789A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 孫慶斌
• 申請（專利權）人: 陸越自動化科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54
• 代理公司: 北京盛凡佳華專利代理事務所(普通合伙) 11947
• 代理人: 湯鎮宇

本發明公開了一種經濟型的三元鋰電池拆解回收系統及方法，均勻給料器、皮帶輸送線一、一次破碎機、二次破碎機、三次破碎機、風選系統依次連接，風選系統分別與脫粉器和皮帶輸送線的一端連接，脫粉器的另一端分別與旋風分離器和直線篩一連接，風選系統出口通過皮帶輸送線二、皮帶輸送線三與組合式磁選機、渦電流分選機、皮帶輸送線四、四次破碎機、直線篩二、皮帶輸送線五和分料器連接，脫粉器和旋風分離器均與黑粉動態加熱料倉一一端連接，黑粉動態加熱料倉一的另一端依次與黑粉動態加熱料倉二、高溫回轉窯和黑粉負壓收集倉連接。引入氮氣保護系統和負壓除塵系統，確保產線安全系數；引入動態料倉替代加熱窯爐，降低能耗提高經濟效益。

技術領域

本發明涉及三元鋰電池拆解回收技術領域，具體為一種經濟型的三元鋰電池拆解回收系統及方法。

背景技術

鋰離子電池具有高能量、長壽命、低污染等優點，被廣泛應用于收集、計算機、電動自行車、電動汽車、國防等多個領域。尤其是近幾年來，電動汽車的爆發式增長，規模龐大的動力鋰電池市場伴生的將是鋰電池的需求量和報廢量大幅增加。廢舊的鋰離子電池中含有大量可利用的資源，例如鐵、銅、鋁等有價金屬等，如果這些廢舊鋰電池回收不當，將會造成很大的資源浪費和環境污染。同時鋰離子電池的正負極材料、電解質溶液等物質對環境和人體健康都有很大的影響。因此，如果將廢舊鋰電池采取普通的垃圾處理方法(包括填埋、焚燒、堆肥等)，其中正負極材料中的鎳、鈷、錳、鋰等金屬將對水、土壤造成重金屬污染。而電解質及其轉化物如LiPF₆、LiCF₃SO₃、HF、P₂O₅等，溶劑及其分解和水解產物如DME、EMC、甲醇、甲酸等，都是有毒有害物質，可造成人身傷害甚至死亡。

另一方面，鋰電池需求爆發式增長，以金屬鋰為例，預測到2050年，全球的金屬鋰需求量將達到4000萬噸，而目前全球金屬鋰資源最多為3000萬噸，已探明可開采的鋰礦資源可利用的也僅有1500萬噸，供需之間存在著巨大的空缺，導致上游原材料價格急速上升，鋰電池廠家成本壓力劇增，鋰電池回收利用是必然的趨勢。

目前回收利用的政策引導是鼓勵先梯次利用，再拆解回收，以充分發揮廢舊電池的經濟效益，但梯次利用受限于電池的統一性和成本影響，目前梯次利用的量很小，還是以拆解回收為主，其中回收價值最高的是正負極材料和集流體(銅/鋁)。

鋰電池拆解回收按照原理可分為干式回收(物理法)、濕法冶金回收、生物法回收，目前主流的是干式回收。

鋰電池物理法拆解回收最初以人工拆解為主，效率低、回收率不高且各種有毒物質危害人體安全，后期逐步發展到機械破碎加機械篩分的工藝路線，結合后期的濕法冶金提煉有價值的正負極材料和集流體。

現有技術：目前市面上常見的拆解回收技術主要是走以下路線：深度放電→一級破碎→二級破碎→一級篩分→三級破碎→二級篩分→磁選→氣流分選→高溫焚燒→收集→濕法冶金提煉。

(1)安全性不足：鋰電池在破碎前需進行深度放電至殘余電能在截止電壓10％以下，但是經過運輸和一定時間存放后會恢復一部分電能，帶電破碎會有起火爆炸的風險；破碎過程中釋放的電解液在設備內部達到一定濃度很容易起火爆炸，同時電解液對設備也具有很強的腐蝕性，對設備使用壽命及安全性有一定影響。

(2)回收率不高：上述工藝只收集了回收價值較高的金屬物質及正負極材料，對于電解液和隔膜直接進行焚燒處理，增加了能耗和尾氣處理系統的負荷。

(3)回收精度不高：正負極材料通過粘結劑涂覆在正負極集流體表面，通過常規的破碎很難完全剝離出來，破碎過程中脫落的正負極材料和銅鋁細粉在潮濕的電解液作用下相互摻雜在一起，最后分離得到的正負極材料、銅、鋁純度不高。

(4)生產連續性問題：上述工藝中各設備之間聯動性不強，一旦其中一個設備故障，整個產線不能立即停機，如果設備內部殘留的物料過多有可能會損傷設備，必須清理完成之后才能再次開機，產線恢復生產所需的時間較長。