CN114865137A

CN114865137A - 一种废旧锂电池正极材料的等离子体清洗装置

Info

Publication number: CN114865137A
Application number: CN202210684386.7A
Authority: CN
Inventors: 芶富均; 陈建军; 叶宗标; 陈波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2022-06-17
Publication date: 2022-08-05

Abstract

一种废旧锂电池正极材料的等离子体清洗装置，包括安装在一起的推杆、过渡腔室、装料室、物料载板、进气法兰、气缸、氧气储罐、截止阀、流量计、清洗腔室、ICP等离子体机构、电加热器、连接座、隔断阀、真空泵A、真空泵B、过滤器A、过滤器B。本发明在相关机构共同作用下，生产时，通过氧等离子体与待处理废旧锂电池正极材料相互作用，能有效清洗去除正极材料中粘接剂和碳，真空环境下，氧等离子体与加热协同作用，提高了清洗效率，实现了废旧锂电池正极材料的回收利用，获得的材料可满足处理加工废旧锂电池正极材料粉末需求，能重新用于锂电池正极的生产，实现了资源有效回收利用，并减少了环境污染。基于上述，本发明具有好的应用前景。

Description

一种废旧锂电池正极材料的等离子体清洗装置

技术领域

本发明涉及锂电池辅助设备技术领域，特别是一种废旧锂电池正极材料的等离子体清洗装置。

背景技术

近年来，随着我国锂电池行业的生产规模不断扩大，产能也急剧扩张。随之而来的问题是大量的锂电池等待报废处理，废旧锂电池正极材料中含有大量钴、锂、镍、锰、铜、铝等有价金属，现有技术中，还没有一种能有效处理报废锂电池正极材料的设备，由于，报废锂电池正极材料未得到合理处理及利用，会造成资源的浪费，环境污染。因此，从环境保护和经济效益考虑作为出发点，提供一种能有效对锂电池正极材料进行回收利用的装置，不但能防止锂电池重金属污染环境，还能实现的材料回收利用，产生良好的经济效益，对于保护环境、资源可持续发展都有着巨大的意义。

发明内容

为了防止现有技术中，无法实现废旧锂电池正极材料有效回收利用的弊端，本发明提供了在相关机构共同作用下，通过氧等离子体与待处理废旧锂电池正极材料相互作用，能清洗去除正极材料中粘接剂和碳，实现废旧锂电池正极材料的回收利用，重新用于锂电池正极的生产，由此实现了资源有效回收利用，以及减少了环境污染的一种废旧锂电池正极材料的等离子体清洗装置。

本发明所采用的技术方案是：

一种废旧锂电池正极材料的等离子体清洗装置，包括推杆、过渡腔室、装料室、物料载板、进气法兰、气缸、氧气储罐、截止阀、流量计、清洗腔室、ICP等离子体机构、电加热器、连接座、隔断阀、真空泵A、真空泵B、过滤器A、过滤器B；其特征在于氧气储罐的排气端和截止阀一端、一只进气阀C一端并联连接，截止阀另一端和流量计一端连接，流量计另一端和一只进气阀A一端连接，进气阀A另一端和进气法兰一端连接，进气法兰另一端和清洗腔室一侧端连接；所述ICP等离子体机构、电加热器安装在清洗腔室外侧，连接座一端和清洗腔室另一侧端连接，连接座另一端和过渡腔室一端连接；所述隔断阀一端和过渡腔室另一端连接，隔断阀另一端和装料室一端连接，装料室另一端外分别具有接口B、接口C、接口D，接口B经一只进气阀B串联和空压机排气管连接，接口C和进气阀C另一端连接，接口D和一只电阻规B一端连接；所述物料载板位于装料室内，物料载板右侧端下和推杆的一端连接，推杆另一端和气缸的一端活塞杆连接，气缸的筒体安装在装料室侧端外。

进一步地，所述进气法兰和清洗腔室之间安装有连接座，连接座外侧具有冷却水道，冷却水道的上下端分别具有进水口、出水口，进气法兰具有进气口，进气口和进气阀A另一端连接。

进一步地，所述清洗腔室及过度腔室之间有连接座A，连接座A外侧具有冷却水道A。

进一步地，所述装料室的分别具有连接管、管道B，连接管的安装有支座，支座和连接管之间具有密封圈D，推杆中部位于支座中空部位内，且支座中空部位内具有密封圈E，管道B和一只排气阀B一端连接，排气阀B另一端和过滤器B一端连接，过滤器B另一端和真空泵B一端连接。

进一步地，所述过渡腔室外侧具有接口A，接口A和一只电阻规A一端连接，过渡腔室的下端具有管道A，管道A和一只排气阀A一端连接，排气阀A另一端和过滤器A一端连接，过滤器A另一端和真空泵A一端连接。

本发明有益效果是：本发明在相关机构共同作用下，生产时，通过氧等离子体与待处理废旧锂电池正极材料相互作用，能有效清洗去除正极材料中粘接剂和碳，真空环境下，氧等离子体与加热协同作用，提高了清洗效率，实现了废旧锂电池正极材料的回收利用，获得的材料可满足处理加工废旧锂电池正极材料粉末需求，能重新用于锂电池正极的生产，实现了资源有效回收利用，并减少了环境污染。基于上述，本发明具有好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是物料载板的结构示意图。

具体实施方式

图1、2所示，一种废旧锂电池正极材料的等离子体清洗装置，包括推杆1 、过渡腔室2、装料室3、物料载板4、进气法兰5、气缸18、氧气储罐19、截止阀32、流量计33、清洗腔室9、ICP等离子体机构10、电加热器11、连接座8、隔断阀27、真空泵A28、真空泵B25、过滤器A29、过滤器B24；氧气储罐19的上端排气管和截止阀32一端、一只进气阀C35一端并联连接（34是管道），截止阀32另一端和流量计33一端连接，流量计33另一端和一只进气阀A12一端连接，进气阀A12另一端和进气法兰5一端连接，进气法兰5另一端和清洗腔室9左侧端连接；所述ICP等离子体机构10环绕安装在清洗腔室9左端外侧，电加热器11环形分布安装在清洗腔室9中部外侧，连接座8左端和清洗腔室9右侧端连接，连接座8右端和过渡腔室2左端连接；所述隔断阀27左端和过渡腔室2右端连接，隔断阀27右端和装料室3左端连接，装料室3右端外分别具有接口B301、接口C302、接口D303，接口B301经一只进气阀B36串联和空压机排气管连接，接口C302和进气阀C35另一端连接，接口D303和一只电阻规B16一端连接；所述物料载板4位于装料室3内，物料载板4右侧端下和推杆1的左端连接，推杆1右端和气缸18的左端活塞杆连接，气缸18的筒体安装在装料室3右下侧端外。

图1、2所示，进气法兰5和清洗腔室9左侧端之间安装有连接座8，连接座8外侧具有环形分布的冷却水道803，连接座8内侧和清洗腔室9左外侧端之间安装有密封圈A6及支撑密封圈A6的支撑环7，冷却水道803的上下端外侧分别具有进水口801、出水口802，进气法兰5左端中部具有进气口501，进气口501和进气阀A12另一端连接。清洗腔室9及过度腔室2之间连接的连接座8，连接座8外侧具有环形分布的冷却水道803，连接座8内侧和清洗腔室9右外侧端之间安装有密封圈A6及支撑密封圈A6的支撑环7，冷却水道803的上下端外侧分别具有进水口801、出水口802。装料室3的右侧下端及下端分别具有连接管304、管道B305，连接管304的右端安装有支座21，支座21和连接管304右端之间具有密封圈D20，推杆1中部位于支座21中空部位内，且支座21中空部位内具有密封圈E17（密封活塞杆），管道B305和一只排气阀B22一端连接，排气阀B22另一端和过滤器B24一端连接，过滤器B24另一端和真空泵B25一端连接，23是真空管道，管道B305和排气阀B一端之间安装有另一只密封圈F26。过渡腔室2的上端外侧具有接口A201，接口A201和一只电阻规A13一端连接，过渡腔室2的右侧下端具有管道A202，管道A202和一只排气阀A31一端连接，排气阀A31另一端和过滤器A29一端连接，过滤器A29另一端和真空泵A28一端连接，30是真空管道A，管道A202和排气阀A31一端之间安装有密封圈F26。

图1、2所示，工作时，氧气储罐19中的氧气沿气管34依次流经截止阀32、流量计33、阀门A12、进气法兰5进入清洗腔9中。清洗腔9安装的电加热器11加热温度为（0-500℃），能对位于清洗腔室9内的锂正极材料进行辅助加热，且与氧等离子体协同作用，提高清洗效率。连接座8上设置的冷却水道803，用于密封圈A6的冷却，防止密封圈因温度过高而损坏。冷却水道803和进水口801、出水口802，进水口801和生产区域的冷水管经管道连接，出水口802和生产区域的废水管经管道连接（废水管排出的水进入废水池或冷却后再使用）。隔断阀27与过渡腔2和装料室3之间采用密封圈B37实现了真空密封，过渡腔2顶部安装的电阻规A 13主要检测清洗腔9的工作气压。真空泵B25用于装料室3抽真空，装料室3抽真空时部分腔室内的散落的部分粉尘可在过滤器B24中被收集，物料阀14是物料载板4的放置和取出口。接口B301安装的进气阀B36，用于空气的通入，接口C 302安装的进气阀C35用于氧气的通入。接口D303安装的电阻规B16，用于检测装料室3的工作气压。物料载板4顶部设有弧形提手401，便于物料载板4的放入和取出。物料载板4设置有三层隔板402，用于放置待处理废旧锂电池正极材料（已去除铝箔后的粉末材料）。清洗腔9的材质为石英，工作时，氧气在ICP等离子体源10处被离化成氧等离子体，氧等离子体与物料载板4上的待处理废旧锂电池正极材料相互作用，氧等离子体可以分解正极材料中的有机粘结剂生成氟化氢和二氧化碳，同时可以与正极材料中的碳发生反应生成二氧化碳，产生的废气及其携带的粉尘，经过渡腔2底部管道A202，依次流经排气阀A31、真空管道A30、过滤器A29和真空泵A28，粉尘在过滤器A29中被收集，废气经真空泵A28排出后进入后端废气处理系统，达标后排放大气，最终实现对废旧锂电池正极材料的等离子体清洗，去除其中的粘接剂和碳，已达到对正极材料的清洗提纯，实现正极材料的环保回收。以下内容是对ICP等离子体源10作用原理的解释：ICP源也叫感性耦合等离子体源，感性耦合放电是一种无电极的射频放电，工作时，线圈中的射频电流在放电腔室（这里的放电腔室指清洗腔室）中感应出涡旋电场，从而驱动放电，产生等离子体；氧等离子体是在清洗腔室中产生的，清洗腔室左端为进气端，气压高，右端为排气端，气压低。腔室两端会形成一定压差，产生的氧等离子体在清洗腔室中会从高气压端向低气压端喷射到达物料载板，氧等离子体(（氧等离子体携带的大量活性粒子，如离子、电子、激发态的原子及自由基等) 与正极材料相互作用，氧等离子体可以分解正极材料中的有机粘结剂生成氟化氢和二氧化碳等，同时可以与正极材料中的碳发生反应生成二氧化碳。

图1、2所示，本发明具体工作方式为：步骤一：初始工作时物料载板4退回至P1位置点后，关闭隔断阀27和进气阀A12，启动真空泵A28并打开排气阀A31，对清洗腔9抽真空。当电阻规A 13数值小于等于2Pa时，开启进气阀A和截止阀32，设定流量计33通入氧气流量（10-150sccm），并启动ICP等离子体源10将氧气离化成氧等离子体。步骤二：打开物料阀14，取出物料载板4，并将待处理废旧锂电池正极材料放入物料载板4的隔板402上，均匀平铺放置，废旧锂电池正极材料放置好后，将物料载板4放入装料室3中，并固定于推杆1的定位孔101中，关闭物料阀14、进气阀C35、进气阀B36。步骤三：启动真空泵B25，并打开排气阀B22，对装料室3抽真空。当电阻规B16数值小于等于2Pa时，关闭排气阀B22，停止真空泵B25，开启进气阀C35通入氧气，当电阻规B16的数值和电阻规A13数值相等时，关闭进气阀C35，停止通入氧气。步骤四：开启隔断阀27，气缸18带动推杆1将物料载板4从装料室3中的P1位置点推入清洗腔9中的P2位置点开始清洗，达到清洗设定时间（20-50分钟）后。气缸18带动推杆1将物料载板4从清洗腔9中的P2位置点退回至装料室3中的P1位置点，物料载板4到达P1位置点后，关闭隔断阀27。步骤五：开启进气阀B36，通入空气，当电阻规B16的数值为大气压时，关闭进气阀B36，开启物料阀14，取出物料载板4，将物料载板4上的正极材料放入收集罐中，并重新放置待处理废旧锂电池正极材料。再将物料载板4放入装料室3中，并固定于推杆1的定位孔101中，关闭物料阀14。重复上述步骤三至步骤五流程，可实现连续工作。通过上述所有机油共同作用，本发明在相关机构共同作用下，生产时，通过氧等离子体与待处理废旧锂电池正极材料相互作用，能有效清洗去除正极材料中粘接剂和碳，真空环境下，氧等离子体与加热协同作用，提高清洗效率，实现废旧锂电池正极材料的回收利用，获得的材料可满足处理加工废旧锂电池正极材料粉末需求，能重新用于锂电池正极的生产，实现了资源有效回收利用，并减少了环境污染。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种废旧锂电池正极材料的等离子体清洗装置，包括推杆、过渡腔室、装料室、物料载板、进气法兰、气缸、氧气储罐、截止阀、流量计、清洗腔室、ICP等离子体机构、电加热器、连接座、隔断阀、真空泵A、真空泵B、过滤器A、过滤器B；其特征在于氧气储罐的排气端和截止阀一端、一只进气阀C一端并联连接，截止阀另一端和流量计一端连接，流量计另一端和一只进气阀A一端连接，进气阀A另一端和进气法兰一端连接，进气法兰另一端和清洗腔室一侧端连接；所述ICP等离子体机构、电加热器安装在清洗腔室外侧，连接座一端和清洗腔室另一侧端连接，连接座另一端和过渡腔室一端连接；所述隔断阀一端和过渡腔室另一端连接，隔断阀另一端和装料室一端连接，装料室另一端外分别具有接口B、接口C、接口D，接口B经一只进气阀B串联和空压机排气管连接，接口C和进气阀C另一端连接，接口D和一只电阻规B一端连接；所述物料载板位于装料室内，物料载板右侧端下和推杆的一端连接，推杆另一端和气缸的一端活塞杆连接，气缸的筒体安装在装料室侧端外。

2.根据权利要求1所述的一种废旧锂电池正极材料的等离子体清洗装置，其特征在于，进气法兰和清洗腔室之间安装有连接座，连接座外侧具有冷却水道，冷却水道的上下端分别具有进水口、出水口，进气法兰具有进气口，进气口和进气阀A另一端连接。

3.根据权利要求1所述的一种废旧锂电池正极材料的等离子体清洗装置，其特征在于，清洗腔室及过度腔室之间有连接座A，连接座A外侧具有冷却水道A。

4.根据权利要求1所述的一种废旧锂电池正极材料的等离子体清洗装置，其特征在于，装料室的分别具有连接管、管道B，连接管的安装有支座，支座和连接管之间具有密封圈D，推杆中部位于支座中空部位内，且支座中空部位内具有密封圈E，管道B和一只排气阀B一端连接，排气阀B另一端和过滤器B一端连接，过滤器B另一端和真空泵B一端连接。

5.根据权利要求1所述的一种废旧锂电池正极材料的等离子体清洗装置，其特征在于，过渡腔室外侧具有接口A，接口A和一只电阻规A一端连接，过渡腔室的下端具有管道A，管道A和一只排气阀A一端连接，排气阀A另一端和过滤器A一端连接，过滤器A另一端和真空泵A一端连接。