CN114798669B - 一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺及生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池材料回收技术领域，尤其涉及一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺及生产系统。一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括以下步骤：步骤A、将电池极片进行分拣；步骤B、用粉碎机将分拣后的电池极片进行软揉搓粗碎，得到粗碎物料；步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛，得到电池再生料。所述降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，可以有效降低电池再生料中的金属杂质含量，节能环保，生产成本低，所述生产系统，能够实现低金属杂质含量的电池再生料的生产，且达到对电池再生料中金属杂质含量的要求，解决了电池材料回收工艺回收得到的电池再生料中金属杂质含量高从而影响电池回收料品质的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池材料回收技术领域，尤其涉及一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺及生产系统。
背景技术
近年来，随着社会大众的环保意识逐渐加强，我国的电动汽车市场得到了快速发展。随着新能源车的快速产业化以及其销量的突飞猛进，锂离子动力电池的保有量也随之呈快速增长，与此同时，废旧锂离子动力电池的环境污染问题和合理资源化回收利用的问题成为当前乃至今后国内外普遍关注和亟待解决的难题。近年来，国内外对于废旧电池中的电极材料回收处理的研究越来越多，目前行业内对回收的电池极片进行处理时，分为湿法处理与干法处理两大类，由于湿法回收对环境污染较大，因此干法回收的占比逐渐增大，但是目前干法回收处理的过程中，电池粉料与箔材剥离时产生较多的金属杂质，严重影响了电池回收料的品质。
发明内容
针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，可以有效降低电池再生料中的金属杂质含量，节能环保，生产成本低，解决了电池材料回收工艺回收得到的电池再生料中金属杂质含量高从而影响电池回收料品质的问题。
本发明的另一目的在于提出一种应用于上述降低电池再生料的金属杂质含量的工艺的生产系统，能够实现低金属杂质含量的电池再生料的生产，且达到对电池再生料中金属杂质含量的要求，解决了电池材料回收工艺回收得到的电池再生料中金属杂质含量高从而影响电池回收料品质的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣；
步骤B、用粉碎机将分拣后的电池极片进行软揉搓粗碎，得到粗碎物料；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛，得到电池再生料。
更进一步说明，所述步骤A中，将电池极片进行分拣后还包括对分拣后的极片进行极片清理。
更进一步说明，所述步骤C中，将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛时选用直线筛、直排筛、滚筒筛或旋振筛中的任意一种。
更进一步说明，所述步骤C中，将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛的筛网目数为80～200目。
更进一步说明，所述步骤C中将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛后，还包括对进行第一次过筛后的物料依次进行气流粉碎、批混、第二次过筛、除磁和产品包装。
更进一步说明，进行气流粉碎的步骤和进行批混的步骤之间，还包括煅烧的步骤。
一种生产系统，应用于所述的降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括粉碎机、粉料收集装置和过筛装置，所述粉碎机的出料端与所述粉料收集装置的进料端连接，所述粉料收集装置的出料端与所述过筛装置的进料端连接；
所述粉碎机包括机架以及设置于所述机架的进料机构和粉碎机构，所述进料机构设置于所述粉碎机构的上方，所述粉碎机构包括粉碎箱、刀具组件和第一驱动装置，所述刀具组件安装于所述粉碎箱的内腔，所述进料机构的出料端与所述粉碎箱的进料端连接；
所述刀具组件包括第一转轴、第二转轴、多个第一转动块、多个第二转动块、多条刀具固定轴和多片刀具，所述第一转轴和所述第二转轴相向且分别转动设置于所述粉碎箱，所述第一转轴的一端与所述第一驱动装置的输出端传动连接，所述第一转轴的另一端固定安装有多个所述第一转动块，所述第二转轴靠近所述第一转轴的一端固定安装有多个所述第二转动块，所述第一转动块与所述第二转动块相对称设置，多个所述第一转动块交叉设置，多个所述第二转动块交叉设置；
所述第一转动块和所述第二转动块之间固定连接有刀具固定轴，所述刀具固定轴的一端固定连接于所述第一转动块，所述刀具固定轴的另一端固定连接于与所述第一转动块相对称设置的所述第二转动块，多条所述刀具固定轴相互平行，所述刀具固定轴间隔套装有多个限位套，相邻的两个所述限位套之间设有安装间隙，所述刀具转动安装于所述安装间隙，且所述刀具限位于所述安装间隙中。
更进一步说明，所述进料机构包括进料箱、第三转轴和第二驱动装置，所述第三转轴转动设置于所述进料箱，所述第二驱动装置的输出端与所述第三转轴传动连接，所述第三转轴套设有引料刀具，所述引料刀具沿周向间隔设置有多条引料刀片，所述引料刀片沿自身的长度方向设置有多个引料齿；
所述进料箱于所述第三转轴的一侧设有第一进料口，所述进料箱的底部设有第一出料口，所述第一出料口位于所述刀具组件的上方。
更进一步说明，所述进料机构还包括进料管道，所述进料管道的进料端与所述进料箱的第一出料口连通，所述进料管道的出料端位于所述刀具组件的上方。
更进一步说明，所述粉料收集装置包括集粉箱、脉冲除尘器和存料仓，所述集粉箱的进料端与所述粉碎机的出料端连接，所述集粉箱的出料端与所述脉冲除尘器的进料端连接，所述脉冲除尘器的出料端与所述存料仓的进料端连接，所述存料仓的出料端与所述过筛装置的进料端连接。
与现有技术相比，本发明的实施例具有以下有益效果：
通过将电池极片进行软揉搓粗碎，在保证粉料较高收集率的同时，极大程度降低了箔材与刀具的碰撞频率和强度，经过软揉搓粗碎后的粗碎物料进行第一次过筛，将金属杂质过筛除去，可以有效降低电池再生料中的金属杂质含量，得到金属杂质含量低的电池再生料，该降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，可以有效降低电池再生料中的金属杂质含量，节能环保，生产成本低，解决了电池材料回收工艺回收得到的电池再生料中金属杂质含量高从而影响电池回收料品质的问题；
应用于降低电池再生料的金属杂质含量的工艺的生产系统，能够实现低金属杂质含量的电池再生料的生产，且达到对电池再生料中金属杂质含量的要求，解决了电池材料回收工艺回收得到的电池再生料中金属杂质含量高从而影响电池回收料品质的问题。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的生产系统的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的生产系统的粉碎机的立体结构示意图；
图3是本发明一个实施例的生产系统的粉碎机的立体结构示意图(去除罩体)；
图4是本发明一个实施例的生产系统的粉碎机的刀具组件的立体结构示意图；
图5是本发明一个实施例的生产系统的粉碎机的刀具组件的结构示意图；
图6是本发明一个实施例的生产系统的粉碎机的刀具组件的刀具固定轴的立体结构示意图；
图7是本发明一个实施例的生产系统的粉碎机的进料机构的的第三转轴的立体结构示意图；
图8是本发明一个实施例的降低电池再生料的金属杂质含量的工艺应用于石墨负极材料回收的工艺流程图；
图9是本发明实施例A2的电池再生料(石墨粉料)的粒径分布图；
图10是本发明一个实施例的降低电池再生料的金属杂质含量的工艺应用于磷酸铁锂正极材料回收的工艺流程图；
图11是本发明实施例B1的电池再生料(磷酸铁锂粉料)的粒径分布图；
图12是不同Al含量对磷酸铁锂电芯高温存储性能的影响图(内阻增幅)；
图13是不同Al含量对磷酸铁锂电芯高温存储性能的影响图(容量降度)；
其中：粉碎机101、粉料收集装置102、集粉箱1021、脉冲除尘器1022、存料仓1023、过筛装置103、机架1、进料机构2、进料箱21、第一进料口211、第三转轴22、引料刀具221、引料刀片2211、引料齿2212、第二驱动装置23、进料管道24、粉碎机构3、粉碎箱31、箱体311、罩体312、刀具组件32、第一转轴321、第二转轴322、第一转动块323、第二转动块324、刀具固定轴325、限位套3251、安装间隙3252、刀具326、第一驱动装置33、齿轮4。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。
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。
一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣；
步骤B、用粉碎机将分拣后的电池极片进行软揉搓粗碎，得到粗碎物料；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛，得到电池再生料。
本发明通过将电池极片进行软揉搓粗碎，在保证粉料较高收集率的同时，极大程度降低了箔材与刀具的碰撞频率和强度，经过软揉搓粗碎后的粗碎物料进行第一次过筛，将金属杂质过筛除去，可以有效降低电池再生料中的金属杂质含量，得到金属杂质含量低的电池再生料，所述降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，可以有效降低电池再生料中的金属杂质含量，节能环保，生产成本低，解决了电池材料回收工艺回收得到的电池再生料中金属杂质含量高从而影响电池回收料品质的问题。
更进一步说明，所述步骤A中，将电池极片进行分拣后还包括对分拣后的极片进行极片清理。
具体地，所述步骤A中，所述电池极片包括边角料极片和失效料极片，在对电池极片进行分拣后，对分拣后的极片进行极片清理，具体地，所述极片清理为对电池极片进行气体吹拂，对电池极片表面的粉尘或者杂质进行去除，有效降低制得的电池再生料的杂质含量。
更进一步说明，所述步骤C中，将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛时选用直线筛、直排筛、滚筒筛或旋振筛中的任意一种。
在对电池极片进行软揉搓粗碎后，将收集得到的粗碎物料进行过筛，能够过筛去除金属杂质，过筛后得到低金属杂质含量的电池再生料，其中，直线筛、直排筛、滚筒筛和旋振筛的筛网各有特点，使用滚筒筛的产能高，但是维修较麻烦而且维修频率高；使用旋振筛的产能低，但是维修频率低；使用直线筛的产能高，维修频率一般，因此，可以根据产能和经济性进行筛网的选择。
优选地，所述步骤C中，将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛的筛网目数为80～200目。
通过限定所述步骤C中进行过筛的筛网目数，如果进行过筛的筛网目数太大，则会降低产能和产率，如果进行过筛的筛网目数太小，则电池再生料的金属杂质含量会升高，更进一步说明，过筛的筛网目数优选为100目，在保证产能和产率的同时，能够有效降低电池再生料的金属杂质含量。
更进一步说明，所述步骤C中将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛后，还包括对进行第一次过筛后的物料依次进行气流粉碎、批混、第二次过筛、除磁和产品包装。
所述步骤C中进行第一次过筛的目的是为了去除金属杂质(控制电池再生料中金属杂质的含量)；后续进行气流粉碎是为了进一步降低电池再生料的粒径，使其满足商业料的标准；批混是为了保证生产中各批次的一致性；进行第二次过筛是为了控制产品粉料的最大粒径(Dmax)；除铁是为了除磁；经过各道工序后，最终将物料进行产品打包，得到的电池再生料的杂质含量低，品质好。
更进一步说明，进行气流粉碎的步骤和进行批混的步骤之间，还包括煅烧的步骤。
电池极片可以是石墨极片或者磷酸铁锂极片，因为磷酸铁锂正极材料的粘结剂一般为聚偏氟乙烯(PVDF)，石墨负极材料的粘结剂一般为丁苯橡胶(SBR)，PVDF的价格比SBR贵，而且不煅烧直接使用依然具有较强的粘结性，可以满足电芯要求，而SBR比较便宜，综合考虑粘结剂价格、煅烧成本和电化学性能，因此当进行磷酸铁锂极片的回收时不需要煅烧，而进行石墨极片的回收时则需要煅烧，煅烧的目的是为了除去SBR。
如图1至图7所示，一种生产系统，应用于所述的降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括粉碎机101、粉料收集装置102和过筛装置103，所述粉碎机101的出料端与所述粉料收集装置102的进料端连接，所述粉料收集装置102的出料端与所述过筛装置103的进料端连接；
所述粉碎机101包括机架1以及设置于所述机架1的进料机构2和粉碎机构3，所述进料机构2设置于所述粉碎机构3的上方，所述粉碎机构3包括粉碎箱31、刀具组件32和第一驱动装置33，所述刀具组件32安装于所述粉碎箱31的内腔，所述进料机构2的出料端与所述粉碎箱31的进料端连接；
所述刀具组件32包括第一转轴321、第二转轴322、多个第一转动块323、多个第二转动块324、多条刀具固定轴325和多片刀具326，所述第一转轴321和所述第二转轴322相向且分别转动设置于所述粉碎箱31，所述第一转轴321的一端与所述第一驱动装置33的输出端传动连接，所述第一转轴321的另一端固定安装有多个所述第一转动块323，所述第二转轴322靠近所述第一转轴321的一端固定安装有多个所述第二转动块324，所述第一转动块323与所述第二转动块324相对称设置，多个所述第一转动块323交叉设置，多个所述第二转动块324交叉设置；
所述第一转动块323和所述第二转动块324之间固定连接有刀具固定轴325，所述刀具固定轴325的一端固定连接于所述第一转动块323，所述刀具固定轴325的另一端固定连接于与所述第一转动块323相对称设置的所述第二转动块324，多条所述刀具固定轴325相互平行，所述刀具固定轴325间隔套装有多个限位套3251，相邻的两个所述限位套3251之间设有安装间隙3252，所述刀具326转动安装于所述安装间隙3252，且所述刀具326限位于所述安装间隙3252中。
通过设置所述粉碎机101，所述粉碎机101用于对电池极片进行软揉搓粗碎，然后通过所述物料收集装置102收集粗碎物料，再通过所述过筛装置103进行粗碎物料的第一次过筛处理，得到金属杂质含量低的电池再生料；
所述粉碎机101中，通过设置所述进料机构2和所述粉碎机构3，电池极片通过所述进料机构2进入所述粉碎机构3的粉碎箱31中，由于所述刀具326转动安装于所述安装间隙3252，即所述刀具326是间隔分散地安装于所述刀具固定轴325上，当所述粉碎机101不工作时，所述刀具326处于自由向下垂直状态，当所述粉碎机101工作时，所述第一驱动装置33用于带动所述第一转轴321转动，所述第一转轴321转动带动所述第一转动块323、所述刀具固定轴325、所述第二转动块324和所述第二转轴322转动，此时所述刀具326跟随离心力向四周外摆，当所述刀具326与极片碰撞接触时，非刚性固定的所述刀具326与电池极片实现非刚性碰撞，从而实现电池极片的软揉搓粗碎，可以极大地降低所述刀具326与电池极片的箔材碰撞的强度，从而降低回收的电池再生料中的金属杂质，相比于现有刚性安装的刀具对电池极片进行机械粉碎，刚性的刀具与极片箔材的接触和碰撞比较强烈，在电池粉料分离的同时引入了较多的金属杂质。
所述生产系统，能够实现低金属杂质含量的电池再生料的生产，且达到对电池再生料中金属杂质含量的要求，解决了电池材料回收工艺回收得到的电池再生料中金属杂质含量高从而影响电池回收料品质的问题。
优选地，所述第一转动块323设置有两个，两个所述第一转动块323垂直交叉设置，且两个所述第一转动块323相贴合，所述第一转动块323的长度方向的两端分别固定连接有所述刀具固定轴325；
所述第二转动块324设置有两个，两个所述第二转动块324垂直交叉设置，且两个所述第二转动块324相贴合，所述第二转动块324的长度方向的两端分别固定连接有所述刀具固定轴325。
需要说明的是，所述刀具固定轴325可以设置2～5条，所述刀具固定轴325的安装位置分布于所述第一转轴321和所述第二转轴322转动的圆周上，且所述刀具固定轴325之间留有刀具活动空间，保证所述刀具326在离心力的作用下外摆时不会发生相互碰撞。
在本实施例中，所述第一转动块323和所述第二转动块324分别设置有两个，所述第一转动块323的长度方向的两端分别固定连接有所述刀具固定轴325，所述第二转动块324的长度方向的两端分别固定连接有所述刀具固定轴325，即所述刀具固定轴325设置有四条，设备空间的利用率高，揉搓粗碎的效果好。
具体地，所述第一转动块323设有第一安装孔，所述第一转轴321的一端与所述第一驱动装置33的输出端传动连接，所述第一转轴321的另一端依次穿过两个第一转动块323的第一安装孔，并与两个所述第一转动块323固定连接，所述第二转动块324设有第二安装孔，所述第二转轴322靠近所述第一转轴321的一端依次穿过两个所述第二转动块324的第二安装孔，并与两个所述第二转动块324固定连接。
具体地，相邻的两条所述刀具固定轴325上的所述刀具326相错设置。
通过将相邻的两条所述刀具固定轴325上的所述刀具326相错设置，能够充分利用空间，防止相邻的两条所述刀具固定轴325上的所述刀具326之间发生碰撞，保证极片粉碎的效果，降低设备的故障率。
具体地，所述刀具326设有第三安装孔，所述刀具326通过所述第三安装安装于所述安装间隙3252中。
优选地，所述刀具326的总数量为20～50片，且所述刀具326的总数量为奇数值。
通过设置所述刀具326的总数量为20～50片，且所述刀具326的总数量为奇数值，如果所述刀具326的数量多，则与极片接触的频率就越高，箔材上粉料剥离下来就越多，生产效率越高，但是因此伴随着金属杂质含量的升高，因此所述刀具326的数量限定在此范围，在保证生产效率的同时，电池再生料中金属杂质的含量较低；
此外，奇数值的刀具数量可以有效布局所述刀具326的位置，当所述刀具326工作时处于离心向外摆动的状态，奇数值数量的所述刀具326可以错开，防止所述刀具326之间发生碰撞从而引入磁杂，此外，所述刀具326错落排布，使得对所述刀具的检修更加方便。
优选地，所述刀具326的形状为长方形，所述刀具326的厚度为5～20mm。
通过限定所述刀具326的形状和厚度，能够保证所述刀具326对电池材料的粉碎效果，如果所述刀具326过薄，会轻易切断箔材，造成金属杂质的含量增多，如果所述刀具326过厚，则会影响对极片的软揉搓粗碎的效率，影响产能，具体地，所述刀具326的长度和宽度具体依据粉碎机的大小而定，一般所述刀具326的长度＞25cm。
更进一步说明，所述进料机构2包括进料箱21、第三转轴22和第二驱动装置23，所述第三转轴22转动设置于所述进料箱21，所述第二驱动装置23的输出端与所述第三转轴22传动连接，所述第三转轴22套设有引料刀具221，所述引料刀具221沿周向间隔设置有多条引料刀片2211，所述引料刀片2211沿自身的长度方向设置有多个引料齿2212；
所述进料箱21于所述第三转轴22的一侧设有第一进料口211，所述进料箱21的底部设有第一出料口，所述第一出料口位于所述刀具组件32的上方。
通过设置所述引料刀具221，所述引料刀片2211上的引料齿2212能够扎在电池极片上，通过所述第二驱动装置23驱动所述第三转轴22转动，带动所述引料刀具221转动，此时带动电池极片进料至所述粉碎箱31的内腔中，实现极片的粉碎。
更进一步说明，所述第一转轴321和所述第二转轴322可以通过轴承转动安装于所述粉碎箱31，所述第二驱动装置23为电机，所述第二驱动装置23的输出轴安装有齿轮4，所述第三转轴22安装有齿轮4，所述第二驱动装置23的输出轴安装的齿轮4与所述第三转轴22安装的齿轮4绕设有传动链条，如此，可以实现所述第二驱动装置23驱动所述第三转轴22转动。
更进一步说明，所述进料机构2还包括进料管道24，所述进料管道24的进料端与所述进料箱21的第一出料口连通，所述进料管道24的出料端位于所述刀具组件32的上方。
通过设置所述进料管道24，实现将所述进料箱21内的待粉碎材料输送至所述粉碎箱31的内腔中，从而实现对材料的粉碎，有效提高输送效率，保证材料不会掉落到生产环境中而造成环境污染。
更进一步说明，所述粉碎箱31包括箱体311和罩体312，所述第一转轴321和所述第二转轴322分别转动设置于所述箱体311，所述罩体312罩设于所述箱体311的顶部，所述罩体312的顶部设有第二进料口，所述进料管道24的出料端与所述罩体312的第二进料口连通。
通过设置所述箱体311和所述罩体312，所述罩体312能够对所述刀具组件32进行保护，避免粉碎过程中粉料四处飞溅，从而保证生产环境的整洁，此外，通过在所述罩体312的顶部设置所述第二进料口，实现所述进料机构2的出料端与所述粉碎箱31的进料端连接，方便向所述粉碎机构3供料。
更进一步说明，所述第一转轴321和所述第二转轴322可以通过轴承转动安装于所述粉碎箱31，所述第一驱动装置33为电机，所述第一驱动装置33的输出轴安装有齿轮4，所述第一转轴321安装有齿轮4，所述第一驱动装置33的输出轴安装的齿轮4与所述第一转轴321安装的齿轮4绕设有传动链条，如此，可以实现所述第一驱动装置33驱动所述第一转轴321转动。
具体地，所述粉料收集装置102包括集粉箱1021、脉冲除尘器1022和存料仓1023，所述集粉箱1021的进料端与所述粉碎机101的出料端连接，所述集粉箱1021的出料端与所述脉冲除尘器1022的进料端连接，所述脉冲除尘器1022的出料端与所述存料仓1023的进料端连接，所述存料仓1023的出料端与所述过筛装置103的进料端连接。
通过粉碎机101对电池极片进行软揉搓粗碎，然后通过所述集粉箱1021收集粗碎物料，经过所述脉冲除尘器1022除尘后将粗碎物料收集到所述存料仓1023中，然后通过所述过筛装置103进行粗碎物料的第一次过筛处理，得到金属杂质含量低的电池再生料。
需要说明的是，所述粉碎机102靠近所述集粉箱1021的一侧设有第二出料口，所述第二出料口用挡板挡住，保证工作时粉料不会飞出，所述集粉箱1021与所述粉碎机102的第二出料口之间可以通过风机进行粉料的抽吸。
更进一步说明，所述过筛装置103可以选用直线筛、直排筛、滚筒筛或旋振筛中的任意一种。
更进一步说明，所述步骤C中将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛后，使用现有常规的设备对进行第一次过筛后的物料依次进行气流粉碎、煅烧、批混、第二次过筛、除磁和产品包装。
实施例组A
如图8所示，本实施例组使用本发明降低电池再生料的金属杂质含量的工艺对石墨负极材料进行回收，由于石墨负极材料回收价值相对较低，对于负极片的回收利用一般主要侧重于有色金属铜的回收。目前对于负极活性物质(石墨)的回收工艺，主要是通过将废旧负极材料在空气中高温煅烧的方法来修复使用，该方法很难实现负极材料的电化学活性的完全再次修复，循环性能较差，而且难以控制粉料中Cu杂质的含量。
实施例A1
一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣，分拣后得到100Kg的石墨极片；
步骤B、用粉碎机将分拣后的100Kg电池极片(石墨极片)进行软揉搓粗碎，粉碎机产能为1吨/h，刀具的长度为45cm，宽度为8cm，厚度为10mm，刀具的数量为31片，得到粗碎物料(铜箔和粉料)；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料使用直线筛进行第一次过筛(去除Cu)，筛网的目数为80目，得到电池再生料(石墨粉料)，其中石墨粉料重72.1Kg，其产率为72.1％，ICP测试Cu含量为60ppm。
实施例A2
一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣，分拣后得到100Kg的石墨极片；
步骤B、用粉碎机将分拣后的100Kg电池极片(石墨极片)进行软揉搓粗碎，粉碎机产能为2.5吨/h，刀具的长度为45cm，宽度为8cm，厚度为20mm，刀具的数量为47片，得到粗碎物料(铜箔和粉料)；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料使用直线筛进行第一次过筛(去除Cu)，筛网的目数为100目，得到电池再生料(石墨粉料)，其中石墨粉料重70.9Kg，其产率为70.9％，ICP测试Cu含量为92ppm。
实施例A3
一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣，分拣后得到100Kg的石墨极片；
步骤B、用粉碎机将分拣后的100Kg电池极片(石墨极片)进行软揉搓粗碎，粉碎机产能为1.5吨/h，刀具的长度为40cm，宽度为12cm，厚度为15mm，刀具的数量为41片，得到粗碎物料(铜箔和粉料)；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料使用滚筒筛进行第一次过筛(去除Cu)，筛网的目数为120目，得到电池再生料(石墨粉料)，其中石墨粉料重68.7Kg，其产率为68.7％，ICP测试Cu含量为74.5ppm。
实施例A4
一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣，分拣后得到100Kg的石墨极片；
步骤B、用粉碎机将分拣后的100Kg电池极片(石墨极片)进行软揉搓粗碎，粉碎机产能为3吨/h，刀具的长度为65cm，宽度为18cm，厚度为20mm，刀具的数量为49片，得到粗碎物料(铜箔和粉料)；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料使用旋振筛进行第一次过筛(去除Cu)，筛网的目数为80目，得到电池再生料(石墨粉料)，其中石墨粉料重71.5Kg，其产率为71.5％，ICP测试Cu含量为104ppm。
对比例A1
一种电池再生料的生产工艺，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣，分拣后得到100Kg的石墨极片；
步骤B、用机械粉碎机将分拣后的100Kg电池极片(石墨极片)进行机械粉碎，机械粉碎机的产能为2吨/h，得到粗碎物料98Kg，其中肉眼可见明亮的Cu颗粒；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料使用旋振筛进行第一次过筛(去除Cu)，筛网的目数为200目，得到电池再生料(石墨粉料)，其中石墨粉料重68Kg，其产率为68％，ICP测试Cu含量为878ppm，Cu杂质含量远远大于国标的500ppm。
对比例A2
步骤A、将电池极片进行分拣，分拣后得到100Kg的石墨极片，进行剪切，剪切尺寸控制在20mm以下，剪切产能100kg/h；
步骤B、将剪切完的极片进行煅烧，真空条件下在850℃煅烧4h，升温速率5℃/min，煅烧后得到含有粉料的极片；
步骤C、将步骤B得到物料进行气流粉碎，粉碎频率控制在10Hz以下，得到铜箔和粉料；
步骤D、过筛除Cu，筛网的目数为200目，得到54kg的电池再生料(石墨粉料)，产率为54％，其中电池再生料中含有肉眼可见的Cu杂质，ICP测试Cu含量为496ppm，Cu杂质含量接近于国标500ppm。
实施例组A各实施例和对比例的产能、产率与Cu杂质含量情况如下表所示：
表1实施例组A各实施例和对比例的产能、产率与Cu杂质含量
| 实施项目 | 粉碎方式 | 产能 | 产率 | Cu杂质含量 |
| 实施例A1 | 软揉搓粗碎 | 1t/h | 72.1％ | 60ppm |
| 实施例A2 | 软揉搓粗碎 | 2.5t/h | 70.9％ | 92ppm |
| 实施例A3 | 软揉搓粗碎 | 1.5t/h | 68.7％ | 74.5ppm |
| 实施例A4 | 软揉搓粗碎 | 3t/h | 71.5％ | 104ppm |
| 对比例A1 | 机械磨 | 2t/h | 68％ | 878ppm |
| 对比例A2 | 气流磨 | 0.1t/h | 54％ | 496ppm |
注：石墨极片中，石墨粉料的重量占比约为75％。
从实施例组A的结果可以看出，因此，使用本发明降低电池再生料的金属杂质含量的工艺可以明显改善石墨再生粉料中的Cu杂质含量，石墨极片经过软揉搓粗碎后过筛得到较低Cu含量的电池再生料(石墨粉料)，如图9所示，通过本工艺软揉搓粗碎，在控制Cu含量的同时，可以实现石墨粉料粒径的优化，达到或者接近商业料的水平，降低后续工艺气流粉碎的难度并提升效率；此外，进行电芯循环试验，商业料的铜含量最低，1C循环保持率93.5％@880cycle，循环好，实施例A1的铜含量低，1C循环保持率93％@880cycle，循环较好，对比例A2气流磨的铜含量496ppm，1C循环保持率80％@900cycle，循环较差，对比例A1机械磨的铜含量878ppm，1C循环保持率80％@900cycle，循环较差，由于铜杂质含量高，对循环影响大。本发明工艺不仅节能环保，且生产成本低，可批量生产较低Cu含量的电池再生料(石墨粉料)。
实施例组B
如图10所示，本实施例组使用本发明降低电池再生料的金属杂质含量的工艺对磷酸铁锂正极材料进行回收。
实施例B1
一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣，分拣后得到100Kg的磷酸铁锂极片；
步骤B、用粉碎机将分拣后的100Kg电池极片(磷酸铁锂极片)进行软揉搓粗碎，粉碎机产能为1吨/h，刀具的长度为45cm，宽度为8cm，厚度为10mm，刀具的数量为31片，得到粗碎物料(铝箔和粉料)；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料使用旋振筛进行第一次过筛(去除Al)，筛网的目数为80目，得到电池再生料(磷酸铁锂粉料)，其中磷酸铁锂粉料重79.1Kg，其产率为79.1％，ICP测试Al含量为110ppm。
实施例B2
一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣，分拣后得到100Kg的磷酸铁锂极片；
步骤B、用粉碎机将分拣后的100Kg电池极片(磷酸铁锂极片)进行软揉搓粗碎，粉碎机产能为2.5吨/h，刀具的长度为45cm，宽度为8cm，厚度为20mm，刀具的数量为47片，得到粗碎物料(铝箔和粉料)；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料使用直线筛进行第一次过筛(去除Al)，筛网的目数为100目，得到电池再生料(磷酸铁锂粉料)，其中磷酸铁锂粉料重75.9Kg，其产率为75.9％，ICP测试Al含量为102ppm。
实施例B3
一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣，分拣后得到100Kg的磷酸铁锂极片；
步骤B、用粉碎机将分拣后的100Kg电池极片(磷酸铁锂极片)进行软揉搓粗碎，粉碎机产能为1.5吨/h，刀具的长度为40cm，宽度为12cm，厚度为15mm，刀具的数量为41片，得到粗碎物料(铝箔和粉料)；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料使用滚筒筛进行第一次过筛(去除Al)，筛网的目数为120目，得到电池再生料(磷酸铁锂粉料)，其中磷酸铁锂粉料重77.0Kg，其产率为77.0％，ICP测试Al含量为84ppm。
实施例B4
一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣，分拣后得到100Kg的磷酸铁锂极片；
步骤B、用粉碎机将分拣后的100Kg电池极片(磷酸铁锂极片)进行软揉搓粗碎，粉碎机产能为3吨/h，刀具的长度为65cm，宽度为18cm，厚度为20mm，刀具的数量为49片，得到粗碎物料(铝箔和粉料)；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料使用旋振筛进行第一次过筛(去除Al)，筛网的目数为80目，得到电池再生料(磷酸铁锂粉料)，其中磷酸铁锂粉料重78.5Kg，其产率为78.5％，ICP测试Al含量为142ppm。
对比例B1
一种电池再生料的生产工艺，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣，分拣后得到100Kg的磷酸铁锂极片；
步骤B、用机械粉碎机将分拣后的100Kg电池极片(磷酸铁锂极片)进行机械粉碎，机械粉碎机的产能为2吨/h，得到粗碎物料98Kg，其中肉眼可见明亮的Al颗粒；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料使用旋振筛进行第一次过筛(去除Al)，筛网的目数为200目，得到电池再生料(磷酸铁锂粉料)，其中磷酸铁锂粉料重68Kg，其产率为68％，ICP测试Al含量为1758ppm，Al杂质含量远远大于国标的500ppm，有肉眼可见的Al杂质。
对比例A2
步骤A、将电池极片进行分拣，分拣后得到100Kg的磷酸铁锂极片，进行剪切，剪切尺寸控制在20mm以下，剪切产能100kg/h；
步骤B、将剪切完的极片进行煅烧，真空条件下在450℃煅烧2h，升温速率5℃/min，煅烧后得到含有粉料的极片；
步骤C、将步骤B得到物料进行气流粉碎，粉碎频率控制在10Hz以下，得到铝箔和粉料；
步骤D、过筛除Al，筛网的目数为200目，得到55kg的电池再生料(磷酸铁锂粉料)，产率为55％，其中电池再生料中含有肉眼可见的Al杂质，ICP测试Al含量为528ppm，Al杂质含量错过国标500ppm。
实施例组B各实施例和对比例的产能、产率与Al杂质含量情况如下表所示：
表1实施例组B各实施例和对比例的产能、产率与Al杂质含量
注：磷酸铁锂极片中，磷酸铁锂粉料的重量占比约为83％。
从实施例组B的结果可以看出，因此，使用本发明降低电池再生料的金属杂质含量的工艺可以明显改善磷酸铁锂再生粉料中的Al杂质含量，磷酸铁锂极片经过软揉搓粗碎后过筛得到较低Al含量的电池再生料(磷酸铁锂粉料)，如图11所示，通过本工艺软揉搓粗碎，在控制Al含量的同时，可以实现磷酸铁锂粉料粒径的优化，达到或者接近商业料的水平，降低后续工艺气流粉碎的难度并提升效率，如图12和图13所示，当Al杂质含量高时，会使得磷酸铁锂电芯在高温下内阻明显升高，容量明显下降，因此通过本发明工艺降低电池再生料的杂质含量，有效保证回收再利用后对应产品的性能；此外，进行电芯循环试验，实施例B1的铝含量110ppm，1C循环保持率92.5％@430cycle，循环较好，对比例B2气流磨的铝含量528ppm，1C循环保持率92％@350cycle，循环较差，对比例B1机械磨的铝含量1758ppm，1C循环保持率91％@350cycle，循环最差，由于铝杂质含量越高，对循环影响越大。本发明工艺不仅节能环保，且生产成本低，可批量生产较低Al含量的电池再生料(磷酸铁锂粉料)。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、将电池极片进行分拣；
步骤B、用粉碎机将分拣后的电池极片进行软揉搓粗碎，得到粗碎物料；
所述粉碎机包括机架以及设置于所述机架的进料机构和粉碎机构，所述进料机构设置于所述粉碎机构的上方，所述粉碎机构包括粉碎箱、刀具组件和第一驱动装置，所述刀具组件安装于所述粉碎箱的内腔，所述进料机构的出料端与所述粉碎箱的进料端连接；
所述刀具组件包括第一转轴、第二转轴、多个第一转动块、多个第二转动块、多条刀具固定轴和多片刀具，所述第一转轴和所述第二转轴相向且分别转动设置于所述粉碎箱，所述第一转轴的一端与所述第一驱动装置的输出端传动连接，所述第一转轴的另一端固定安装有多个所述第一转动块，所述第二转轴靠近所述第一转轴的一端固定安装有多个所述第二转动块，所述第一转动块与所述第二转动块相对称设置，多个所述第一转动块交叉设置，多个所述第二转动块交叉设置；
所述第一转动块和所述第二转动块之间固定连接有刀具固定轴，所述刀具固定轴的一端固定连接于所述第一转动块，所述刀具固定轴的另一端固定连接于与所述第一转动块相对称设置的所述第二转动块，多条所述刀具固定轴相互平行，所述刀具固定轴间隔套装有多个限位套，相邻的两个所述限位套之间设有安装间隙，所述刀具转动安装于所述安装间隙，且所述刀具限位于所述安装间隙中；
步骤C、收集粗碎物料，将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛，得到电池再生料。
2.根据权利要求1所述的降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，其特征在于，所述步骤A中，将电池极片进行分拣后还包括对分拣后的极片进行极片清理。
3.根据权利要求1所述的降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，其特征在于，所述步骤C中，将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛时选用直线筛、直排筛、滚筒筛或旋振筛中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，其特征在于，所述步骤C中，将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛的筛网目数为80～200目。
5.根据权利要求1所述的降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，其特征在于，所述步骤C中将收集得到的粗碎物料进行第一次过筛后，还包括对进行第一次过筛后的物料依次进行气流粉碎、批混、第二次过筛、除磁和产品包装。
6.根据权利要求5所述的降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，其特征在于，进行气流粉碎的步骤和进行批混的步骤之间，还包括煅烧的步骤。
7.一种生产系统，其特征在于，应用于如权利要求1～6任意一项所述的降低电池再生料的金属杂质含量的工艺，包括粉碎机、粉料收集装置和过筛装置，所述粉碎机的出料端与所述粉料收集装置的进料端连接，所述粉料收集装置的出料端与所述过筛装置的进料端连接；
所述粉碎机包括机架以及设置于所述机架的进料机构和粉碎机构，所述进料机构设置于所述粉碎机构的上方，所述粉碎机构包括粉碎箱、刀具组件和第一驱动装置，所述刀具组件安装于所述粉碎箱的内腔，所述进料机构的出料端与所述粉碎箱的进料端连接；
所述刀具组件包括第一转轴、第二转轴、多个第一转动块、多个第二转动块、多条刀具固定轴和多片刀具，所述第一转轴和所述第二转轴相向且分别转动设置于所述粉碎箱，所述第一转轴的一端与所述第一驱动装置的输出端传动连接，所述第一转轴的另一端固定安装有多个所述第一转动块，所述第二转轴靠近所述第一转轴的一端固定安装有多个所述第二转动块，所述第一转动块与所述第二转动块相对称设置，多个所述第一转动块交叉设置，多个所述第二转动块交叉设置；
所述第一转动块和所述第二转动块之间固定连接有刀具固定轴，所述刀具固定轴的一端固定连接于所述第一转动块，所述刀具固定轴的另一端固定连接于与所述第一转动块相对称设置的所述第二转动块，多条所述刀具固定轴相互平行，所述刀具固定轴间隔套装有多个限位套，相邻的两个所述限位套之间设有安装间隙，所述刀具转动安装于所述安装间隙，且所述刀具限位于所述安装间隙中。
8.根据权利要求7所述的生产系统，其特征在于，所述进料机构包括进料箱、第三转轴和第二驱动装置，所述第三转轴转动设置于所述进料箱，所述第二驱动装置的输出端与所述第三转轴传动连接，所述第三转轴套设有引料刀具，所述引料刀具沿周向间隔设置有多条引料刀片，所述引料刀片沿自身的长度方向设置有多个引料齿；
所述进料箱于所述第三转轴的一侧设有第一进料口，所述进料箱的底部设有第一出料口，所述第一出料口位于所述刀具组件的上方。
9.根据权利要求8所述的生产系统，其特征在于，所述进料机构还包括进料管道，所述进料管道的进料端与所述进料箱的第一出料口连通，所述进料管道的出料端位于所述刀具组件的上方。
10.根据权利要求7所述的生产系统，其特征在于，所述粉料收集装置包括集粉箱、脉冲除尘器和存料仓，所述集粉箱的进料端与所述粉碎机的出料端连接，所述集粉箱的出料端与所述脉冲除尘器的进料端连接，所述脉冲除尘器的出料端与所述存料仓的进料端连接，所述存料仓的出料端与所述过筛装置的进料端连接。
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