极片材料交变应力分离回收方法及装置
阅读说明：本技术 极片材料交变应力分离回收方法及装置 (Pole piece material alternating stress separation and recovery method and device ) 是由 吴峻 郭杰 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种极片材料交变应力分离回收方法及装置,将分离出来的电极薄片经输送带输送到交变应力碾压机构进行碾压,电极薄片经过碾压分离成正/负极材料和铝箔/铜箔；输送带将经过碾压分离的正/负极材料和铝箔/铜箔的混合料输送到材料拍打脱离机构进一步拍打脱离；输送带将经过拍打脱离的混合料输送到材料分选机构进行分选回收。电极薄片经本发明提供的极片材料交变应力分离回收方法及装置进行回收后,不产生混杂,回收率高,纯净度高,资源利用价值达到最大化。(The invention discloses a method and a device for separating and recovering alternating stress of a pole piece material, wherein a separated electrode sheet is conveyed to an alternating stress rolling mechanism through a conveying belt to be rolled, and the electrode sheet is rolled and separated into a positive/negative electrode material and an aluminum foil/copper foil; conveying the mixture of the positive/negative electrode material and the aluminum foil/copper foil which are separated by rolling to a material beating and separating mechanism by a conveying belt for further beating and separating; the conveying belt conveys the mixture separated by beating to a material sorting mechanism for sorting and recycling. After the electrode sheet is recycled by the alternating stress separation and recovery method and the alternating stress separation and recovery device for the electrode sheet, no mixing is generated, the recovery rate is high, the purity is high, and the resource utilization value is maximized.)
技术领域
本发明涉及退役锂电池回收利用技术领域，具体涉及动力和储能退役锂电池正/负极片的电极材料与集流体之间的分离回收方法及装置。
背景技术
随着我国新能源电动汽车和电力储能的大力推广，锂电池的生产规模出现了爆发性的增长，现有的和在建的锂电池产能总和已突破1TWh。自2020年开始，每年已有几十万吨的锂电池退役下来，并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。目前，国内外退役锂电池的高品质回收利用技术还远跟不上锂电池飞速发展的步伐，业已成为实现锂电池循环经济产业链目标中亟待解决和完善的关键一环。
锂电池单体主要是由正极片(由正/负极材料涂覆在铝箔两面构成)，塑料隔膜和负极片(由负极材料涂覆在铜箔两面构成)逐层叠加或卷绕成芯包，再装入外壳中注入适量的电解液后加以密封构成。为实现退役锂电池绿色高效的回收利用，研发将电池单体的外壳、正/负极材料、铝箔、塑料隔膜、负极材料、铜箔和电解液这七大组分材料，进行全自动化、全组分精准分类回收的锂电池单体拆分新技术已是当务之急，其中，正、负极片的电极材料与铝箔、铜箔之间的分离回收技术是亟待解决的重点技术瓶颈之一。近年来国内外有许多科研院所，公司企业和技术人员投入大量的时间精力和资金，进行了相关技术的研发，开发出了一些技术方法，归纳起来包括以下四种：1.粉碎分离回收法；2.液体浸泡分离回收法；3.破碎撞击摩擦分离回收法；4.2021年上半年英国莱斯特大学刚刚发表的研究成果—大功率超声波分离法。
在专利号为：201821091808.5、201910527063.5和2019113650245.3等专利文献中，主要是通过极片破碎装置、极片液体浸泡装置或极片撞击摩擦装置将正、负极片的电极材料和铝箔及铜箔之间进行分离处理，但是存在以下问题：1.通过粉碎和破碎的方法，存在分离材料混杂严重，后续分选工序复杂，材料回收率和纯净度不高，特别是120目以上的细小混杂粉料无法进行有效分选，同时破碎过程还有大量粉尘产生，需要配置大型的除尘装置进行环保达标排放处理；2.采用液体浸泡的方法，存在回收材料需要干燥处理，耗能较高，且废液需要环保处理成本较大；3.使用撞击摩擦脱粉的方法，存在与粉碎法同样的材料混杂问题，同时由于极片之间的高速撞击，铝箔和铜箔会发生卷曲成团将电极粉料包裹在其中，铝箔、铜箔的破碎细粉也会进入到电极材料之中，直接影响极片材料的回收率和回收纯净度；4.应用超声波的方法，由于需要在液体中进行处理，同样存在因使用液体而引起的一系列问题，并且使用大功率超声波发生器(200w/cm2)，不仅能耗较高，而且在液体中超声波对铝箔和铜箔会产生一定的侵蚀作用，使其材料表面出现较多的侵蚀孔洞，从而影响铝箔、铜箔的回收率也影响电极材料的回收纯净度。
总之，现有技术存在的不足是：没有从根本上解决正、负极片材料分离回收的高回收率、高纯净度和节能环保的关键技术问题，这也是锂电池拆解回收行业要实现的终极目标：材料精准拆分，资源高效利用，工艺环保减排所亟待解决的三大关键技术(正负极片分选；极片材料分离；电解液回收)之一。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种极片材料交变应力分离回收方法及装置，以解决现有技术存在的没有从根本上解决正/负极片材料分离回收的高回收率、高纯净度和节能环保的关键技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
第一方面，一种极片材料交变应力分离回收方法，包括以下步骤：
S1：将分离出来的电极薄片分布到输送带上进行输送；
S2：输送带将电极薄片输送到交变应力碾压机构进行碾压，电极薄片经过碾压分离成正/负极材料和铝箔/铜箔；
S3：输送带将经过碾压分离的正/负极材料和铝箔/铜箔的混合料输送到材料拍打脱离机构进一步拍打脱离；
S4：输送带将经过拍打脱离的混合料输送到材料分选机构进行分选回收。
进一步的，所述电极薄片在所述交变应力碾压机构进行碾压时，所述电极薄片被碾压出均匀的凹凸纹理。
进一步的，所述电极薄片在所述交变应力碾压机构进行碾压时，所述电极薄片被反复压弯再压平。
进一步的，所述材料分选机构具有交变磁场。
第二方面，一种极片材料交变应力分离回收装置，包括输送带张紧辊、输送带、交变应力碾压机构、材料拍打脱离机构和材料分选机构，所述输送带张紧辊、所述交变应力碾压机构、所述材料拍打脱离机构和所述材料分选机构依次设置在机架上，所述输送带安装在所述输送带张紧辊和所述材料分选机构上；
所述输送带用于输送电极薄片；
所述交变应力碾压机构用于碾压电极薄片；
所述材料拍打脱离机构用于将碾压分离的正/负极材料和铝箔/铜箔的混合料进一步拍打脱离；
所述材料分选机构用于将拍打脱离的混合料进行分选回收。
进一步的，所述交变应力碾压机构包括碾压托辊组和网纹碾压辊组，所述碾压托辊组设置在输送带下方，所述网纹碾压辊组设置在所述输送带的上方，所述网纹碾压辊组将所述电极薄片碾压出均匀的凹凸纹理，所述电极薄片在所述碾压托辊组和所述网纹碾压辊组的作用下被反复压弯再压平。
进一步的，所述材料拍打脱离机构包括拍打机构、槽轮减速机构和偏心连杆机构，所述拍打机构安装在所述输送带上，所述偏心连杆机构连接所述槽轮减速机构和所述拍打机构，所述混合料在所述拍打机构、所述槽轮减速机构和所述偏心连杆机构的作用下进行高频率的拍打变形和脱离。
进一步的，所述拍打机构包括拍打导向座、拍打平板、拍打拉动杆、拍打立板和拍打托辊，所述拍打立板与所述输送带连接，所述拍打平板安装在所述拍打立板的上方，所述拍打导向座安装在所述拍打立板的下方，所述拍打托辊安装在所述拍打导向座和所述输送带之间，所述拍打拉动杆连接所述偏心连杆机构，所述混合料在所述拍打导向座、拍打平板、拍打拉动杆、拍打立板和拍打托辊的作用下进行高频率的拍打变形。
进一步的，所述材料分选机构包括涡电流分选辊、分选隔离器和物料回收箱，所述涡电流分选辊与所述输送带连接，所述分选隔离器安装在所述涡电流分选辊侧面，所述物料回收箱安装在所述分选隔离器的下方；所述涡电流分选辊和所述分选隔离器将经过脱离的混合料输进行分选，所述物料回收箱用于回收分选好的物料。
进一步的，所述涡电流分选辊具有交变磁场。
本发明至少具有以下有益效果：将分离出来的电极薄片经输送带输送到交变应力碾压机构进行碾压，电极薄片经过碾压分离成正/负极材料和铝箔/铜箔；输送带将经过碾压分离的正/负极材料和铝箔/铜箔的混合料输送到材料拍打脱离机构进一步拍打脱离；输送带将经过拍打脱离的混合料输送到材料分选机构进行分选回收，回收后，不产生混杂，回收率高，纯净度高，资源利用价值达到最大化。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术以及本发明，下面将对现有技术以及本发明实施例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附图。
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，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能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的流程图；
图2为本发明实施例提供的极片材料交变应力分离回收装置结构示意图；
图3为本发明中电极薄片的分选机构结构示意图。
附图标记说明：
1-输送带张紧辊；2-输送带；3-碾压托辊组；4-网纹碾压辊组；5-拍打导向座；6-拍打平板；7-拍打拉动杆；8-拍打立板；9-拍打托辊；10-槽轮减速机构；11-偏心连杆机构；12-涡电流分选辊；13-电极材料碎片；14-分选隔离器；15-铝箔/铜箔；16-一级磁选从动辊；17-一级磁选平皮带；18-一级磁选高强磁辊；19-一级磁选分料器；20-二级磁选从动辊；21-二级磁选平皮带；22-二级夹带主动辊；23-二级特氟龙夹带；24-二级夹带从动辊；25-二级磁选高强磁辊；26-二级磁选分料器；27-三级磁选高强磁辊；28-三级磁选毛刷辊；29-三级磁选分料器；30-无磁性物料回收箱；31-弱磁性物料回收箱。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)旨在区别指代的对象。对于具有时序流程的方案，这种术语表述方式不必理解为描述特定的顺序或先后次序，对于装置结构的方案，这种术语表述方式也不存在对重要程度、位置关系的区分等。
此外，术语“包括”、“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于已明确列出的那些步骤或单元，而是还可包含虽然并未明确列出的但对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元，或者基于本发明构思进一步的优化方案所增加的步骤或单元。
请参阅图1，一种极片材料交变应力分离回收方法，包括以下步骤：
S1：将分离出来的电极薄片分布到输送带上进行输送；
S2：输送带将电极薄片输送到交变应力碾压机构进行碾压，电极薄片经过碾压分离成正/负极材料和铝箔/铜箔；
具体的，所述电极薄片在所述交变应力碾压机构进行碾压时，所述电极薄片被碾压出均匀的凹凸纹理并且被反复压弯再压平。
S3：输送带将经过碾压分离的正/负极材料和铝箔/铜箔的混合料输送到材料拍打脱离机构进一步拍打脱离；
S4：输送带将经过拍打脱离的混合料输送到材料分选机构进行分选回收。
具体的，所述材料分选机构具有交变磁场。
请参阅图2，将电极薄片(由正/负极材料涂覆在铝箔两面构成)单层分布到输送带张紧辊1侧的输送带2上向前运动，电极薄片首先经过由输送带2、碾压托辊组3和网纹碾压辊组4构成的交变应力碾压机构，在多道不同纹路、不同压力和不同位置的碾压辊交变力的作用下，电极薄片上被碾压出均匀的凹凸纹理，同时电极薄片随输送带2的运动，形状会产生弯曲-压平-再弯曲-再压平的反复变化，随之涂覆在铝箔/铜箔两面的正/负极材料与铝箔/铜箔之间的粘接面发生强烈的应力交变，当电极薄片通过交变应力碾压机构后，正/负极涂覆材料与铝箔/铜箔之间便产生错位脱附并大量脱落，紧接着这些材料又进入到拍打导向座5、拍打平板6、拍打拉动杆7、拍打立板8、拍打托辊9、槽轮减速机构10、偏心连杆机构11和输送带2组成的材料拍打脱离机构，电极材料碎片13和铝箔/铜箔15又会经历高频率的拍打变形过程，在多种作用力下，因静电等因素还贴附在铝箔/铜箔15上的少量电极材料碎片13全部分离，并分散在输送带2上继续向前运动，当通过由输送带2、涡电流分选辊12和分选隔离器14组成的材料分选机构时，由于涡电流分选辊12的交变磁场作用，有色金属材料的铝箔/铜箔15表面瞬间产生感应涡电流与涡电流磁场，因与涡电流分选辊12的磁场相互排斥，使得铝箔/铜箔15在电磁力的作用下发生远离输送带2方向的弹跳现象，此时由于已分离的电极材料碎片13不会产生电磁感应，始终随输送带2运动，从而使铝箔/铜箔15快速弹出与电极材料碎片13迅速脱离，再通过分选隔离器14的隔离作用，各自进入对应的物料回收箱中完成全部分离回收。应用以上技术方法和装置分离回收的铝箔/铜箔15由于良好的韧性和延展性可保持完整的大片状态，涂覆的正/负极材料被碾压成相对小一些的碎片状，经涡电流弹跳分选后材料之间不产生混杂，因此回收率高，纯净度高，资源利用价值达到最大化。由于本发明提供的方法无需将正极片进行整体粉碎和高速碰撞摩擦等剧烈变形和运动，因此能耗大大降低，与此同时整个分离回收过程没有任何粉尘和废液产生，工艺绿色环保，成本低廉的优势十分显著。
请参阅图3，上述中的电极薄片是由图3中的机构分选出来的，具体的，电池单体经前期加工、干燥、分散成数量比为1：1左右的小片状正负极片混合料，将正负极片混合料单层均匀的布料于一级磁选平皮带17上进行输送，正负极片混合料经过一级磁选高强磁辊18后，有磁性的正极片大部分落入一级磁选分料器19的后方，被弱磁性物料回收箱31收集；没有磁性的负极片和少量未被选出的正极片落入一级磁选分料器19的前方，由二级磁选平皮带21上继续输送，当混合料接近二级磁选高强磁辊25时，二级特氟龙夹带23与二级磁选平皮带21同步运动，将一级磁选后未选出的混合料带入双层夹带中向二级磁选高强磁辊25运动，由于夹带作用混合料被紧密压平在二级磁选平皮带21上，直到通过二级磁选高强磁辊25的上部弧面后双层夹带分开，有磁性的正极片在磁力作用下继续通过二级磁选高强磁辊25后，自由落入二级磁选分料器26的后方，被弱磁性物料回收箱31收集；没有磁性的负极片和更少量未被选出的正极片落入二级磁选分料器26的前方，直接落在三级磁选高强磁辊27的表面，有磁性的正极片被裸露的三级磁选高强磁辊27表面吸附并随三级磁选高强磁辊27一起转动，到达三级磁选毛刷辊28的位置时被反向转动的毛刷刷落，落入三级磁选分料器29的后方，被弱磁性物料回收箱31收集，负极片因为没有磁性直接落入三级磁选分料器29的前方，全部被无磁性物料回收箱30收集。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。
上文中通过一般性说明及具体实施例对本发明作了较为具体和详细的描述。应当指出的是，在不脱离本发明构思的前提下，显然还可以对这些具体实施例作出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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