CN108110361B - 废旧动力锂离子电池包放电装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种废旧动力锂离子电池包放电装置和方法，所述装置包括行吊装置、放电单元、放电池、储液池、放电液输送部件、残余放电液去除部件和阴干池，密封盖与放电笼连接形成放电单元。所述方法基于所述装置，废旧锂离子电池包被投入到放电单元的放电笼中，行吊装置上的机械抓手抓取密封盖，放电单元被机械抓手投入放电池中，将放电液由储液池注入放电池中，经过放电，再将放电液抽出放电池，将电池包表面残余液滴吹落，将放电单元移至阴干池，经过阴干后将放电单元移至电池包投放区进行电池包卸料。本发明具有操作简单，安全高效，自动化程度高，绿色环保等突出特点。

Description

废旧动力锂离子电池包放电装置和方法

技术领域

本发明涉及对废旧的动力锂离子电池大规模放电的装置和方法，属于环境保护领域中的电子废弃物处理。

背景技术

我国已经成为全球最大新能源汽车市场，2016年达到50万辆。随着电动汽车关键部件电池使用寿命逐渐到期，动力电池报废量也越来越大。预计到2030年，车用动力电池报废量将达101Gwh，报废动力电池量约116万吨。

研究表明，锂离子的循环周期为500次左右，而在反复充放电过程中，锂离子电池的电极膨胀易堵塞活性物质，导致失活。然而报废的动力锂离子电池不同于其他电子废弃物，报废后的动力锂离子电池仍残余不定量的电量，若直接进行下一步的回收处理，如机械破碎等能量在剧烈碰撞之下可能会产生火花并存在引起爆炸、威胁安全等风险。

当前国内外尚未有大批量回收处理废旧锂离子电池包的案例。对废旧的锂离子电池的少量回收处理的过程中，大多数采用NaCl溶液放电方法。如中国发明专利申请号CN201010510406.6，其提出了一种用于废旧锂离子电池湿式高效粉碎新工艺的流程，其中释放余电的过程是将待处理的废旧锂离子电池用5%NaCl溶液进行浸泡2h处理，通过盐水浸泡使余电自然释放。该放电体系将NaCl溶液进行电解，发生一系列反应，反应式如下：

通过上述反应式可以看出：该NaCl放电体系将会产生大量气体，放电过程也导致放电溶液呈较强的碱性。对废旧锂离子电池造成严重的腐蚀，使电解液泄漏，会产生大量烷烃、烯烃及碳酸二甲酯等有机气体及絮凝沉淀。该方法为开放式体系，在工业生产实践中会对工作环境的安全与操作人员的健康造成巨大威胁。

中国发明专利CN201510293356.3，提供了一种将废旧锂离子电池的置于混合溶液的电解放电方法，混合溶液为NaSO₄,K₂SO₄,NaNO₃和KNO₃等一种或两种以上饱和盐溶液任意比例与Na₂CO₃,K₂CO₃,NaOH和KOH中的一种或两种以上任意比例的混合物，调制pH值至10-12；该方法的放电溶液呈强碱性，易对锂离子电池的外壳进行腐蚀，电池内部的电解液泄露出来，造成污染性有机气体的产生，在工业生产实践中也会危害到工作人员的身体健康；同时该放电过程总持续时间为70h左右，放电过程漫长，放电效率很低，不利于工业应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种废旧动力锂离子电池包放电装置和放电方法，实现了对废旧动力锂离子电池包的全自动远程控制放电处理，操作简单、安全高效、自动化程度高，实现了对废旧动力锂离子电池的回收、再生和资源化处理。

本发明的技术解决方案如下：

根据本发明的第一方面，提供一种废旧动力锂离子电池包放电装置，包括：行吊装置、放电单元、放电池、储液池、放电液输送部件、残余放电液去除部件和阴干池；其中：

所述行吊装置，用于将所述放电单元放到指定位置；

所述放电单元，由放电笼以及位于所述放电笼上方的密封盖组成，所述放电笼内用于放置待放电废旧动力锂离子电池包；

所述放电池，设置在所述行吊装置的下方，用于放置所述放电单元，所述放电池上方设置有若干槽孔，所述放电单元从所述槽孔进入所述放电池；

所述放电液输送部件，连接所述放电池、所述储液池，所述储液池内储放放电液，所述放电液输送部件用于将所述放电液由所述储液池抽入到所述放电池或者将所述放电液由所述放电池抽回到所述储液池；

所述残余放电液去除部件，用于将从所述放电池的放电液中出来后的废旧动力锂离子电池包表面残余放电液去除；

所述阴干池，用于放电后所述放电单元的阴干。

优选地，所述行吊装置上设置可移动的机械抓手，所述机械抓手用于抓取放电单元并带动放电单元移动。

更优选地，所述密封盖下方通过磁力锁方式实现与放电笼连接以构成放电单元，和/或，所述密封盖上方以磁力锁方式连接所述机械抓手。

优选地，所述密封盖的外沿大于所述放电池上的槽孔尺寸，所述放电笼的外沿小于所述槽孔尺寸，在将所述放电单元放置到所述放电池时，所述密封盖在所述放电池的所述槽孔上方，与所述密封盖连接的所述放电笼穿过所述槽孔进入所述放电池。

优选地，所述残余放电液去除部件采用风机，所述放电池通过第一管道与所述风机连接，用于吹落废旧动力锂离子电池包表面残余放电液液滴；所述放电液输送部件分别通过第二管道、第三管道连接放电池、储液池。

优选地，所述放电液输送部件采用磁力泵。

优选地，所述装置进一步包括传感器，所述传感器用于检测放电液的流速、液位、压力、温度、pH值中一种或多种参数，用于判断所述放电液在所述放电池、所述储液池之间抽入、抽出中的状态。

根据本发明的第二方面，提供一种基于上述装置的废旧动力锂离子电池包放电方法，所述方法包括：

（1）将待放电废旧动力锂离子电池包放入放电笼，行吊装置上的机械抓手以磁力锁方式连接密封盖并将密封盖放置于放电笼上方，密封盖与放电笼通过磁力锁方式固定后连接成为放电单元，机械抓手将放电单元放置于放电池上的槽孔中，放电笼进入放电池；

（2）放电单元进入放电池后，放电液输送部件将放电液由储液池抽入到放电池，静置放电；放电结束后，放电液输送部件将放电液由放电池抽入到储液池；

（3）残余放电液去除部件在放电结束后启动，之后关闭残余放电液去除部件，启动机械抓手，使机械抓手与放电单元的密封盖连接，将放电单元提升出放电池并放置于阴干池；机械抓手与放电单元的密封盖脱开，机械抓手移动到密封盖存放区；

（4）放电单元在阴干池阴干后，启动机械抓手将放电单元移至电池包投放区，解除密封盖与放电笼的连接，机械抓手将解除的密封盖移至密封盖存放区，待放电废旧动力锂离子电池包卸料。

优选地，具有以下一种或多种特征：

- 在放电液输送部件将放电液由储液池抽入到放电池的过程中，通过放电液的流速与液位判断放电液的加入状态；

- 在静置放电过程中，通过对放电液的压力、温度、pH值、液位情况监测评估的放电过程；

- 在放电液输送部件将放电液由放电池抽入到储液池的过程中，通过放电液的液位检查判断放电液的抽出状态。

优选地，所述放电液为硫酸亚铁，硫酸锰，硫酸钠中的一种或多种的混合物。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1）本发明通过行吊装置实现放电单元的移动，同时通过其他部分之间的协调，实现废旧动力锂离子电池包放电，具有自动化程度高、高效、无污染的特点，减少了环境污染，是针对大量有残余电量的废旧锂离子电池设计的高效且环保的放电装置和放电方法。

2）进一步的，本发明优选机械手、密封盖、放电笼之间采用磁力锁连接方式，从而使得放电单元的抓取和移动便捷，可以实现废旧动力锂离子电池高效连续放电；

3）进一步的，本发明中放电池、储液池、放电液输送部件之间相通，放电液通过放电液输送部件可以在放电池、储液池之间流通，能重复利用，节约成本，且控制方便，不会轻易外漏，有利于环保；

4）进一步的，本发明采用中性化学放电体系快速安全的消除废旧锂离子电池中的余电，适用范围广，放电效率高，处理量高，易于工业应用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例的装置结构示意图，

图2为本发明一优选实施例的放电单元进入放电池过程示意图；

图3为本发明一优选实施例的放电液对电池包放电过程示意图；

图中：1为行吊装置，2为机械抓手，3为密封盖，4为放电笼，5为电池包投放区，6为放电池，7为风机管道，8为磁力泵管道，9为磁力泵，10为风机，11为放电液，12为储液池，13为阴干池，14为密封盖存放区，15为槽孔。

具体实施方式

下面结合具体操作实例对本发明进行详细的说明。以下实施案例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但并不以任何形式局限本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。

如图1所示，一种废旧动力锂离子电池包放电装置的优选实施例的结构示意图，其中残余放电液去除部件采用风机，放电液输送部件采用磁力泵。具体的，所述装置由以下部分构成：行吊装置1、放电单元、放电池6、磁力泵9、风机10、储液池12、阴干池13，其中：

所述行吊装置1，用于抓取所述放电单元并带所述放电单元到达指定位置；

所述放电单元，由放电笼4以及位于所述放电笼上方的密封盖3组成，所述放电笼内用于放置待放电废旧动力锂离子电池包；

所述放电池6，设置在所述行吊装置1的下方，用于放置所述放电单元，所述放电池6上方设置有若干槽孔15，所述放电单元从所述槽孔15进入所述放电池6；

所述磁力泵9连接所述放电池6、所述储液池12，所述储液池12内储放放电液，所述磁力泵9用于将所述放电液由所述储液池12抽入到所述放电池6或者将所述放电液由所述放电池6抽回到所述储液池12；

所述风机10，用于将从所述放电池6的放电液中出来后的废旧动力锂离子电池包表面残余液滴吹落；

所述阴干池13，用于放电后所述放电单元的阴干。

如图1所示，作为优选的实施方式，所述行吊装置1上设置有可移动的机械抓手2，机械抓手2用于抓取放电单元并带动放电单元移动。

所述的放电单元、放电池6、磁力泵9、风机10、储液池12、阴干池13均设置在所述行吊装置1范围内，方便利用机械抓手2将放电单元、废旧动力锂离子电池包抓放并移动到指定位置，实现自动化操作。

作为优选的实施方式，所述密封盖3下方与放电笼4通过磁力锁方式连接，密封盖3上方与机械抓手2以磁力锁方式连接。通过该种方式连接，可以方便的实现机械抓手2与密封盖3、密封盖3与放电笼4之间的连接以及分离，方便机械抓手2完成抓取、移动后放下放电单元的操作，在完成废旧动力锂离子电池包放电后，控制密封盖3与放电笼4之间分离，方便两个部件的分别处理和移动。当然，在其他实施例中也可以采用其他方式连接，只要能实现本发明的目的即可。

作为优选的实施方式，所述放电池6设置在行吊装置1下方，放电池6与风机10通过风机管道连接风机7；放电池6与磁力泵9通过磁力泵管道8连接，放电池6的上方设置若干槽孔15；储液池12与磁力泵9通过磁力泵管道8连接，并设置在阴干池13的下方。

作为优选的实施方式，所述密封盖3外沿齿唇大于槽孔15尺寸，所述放电笼4主体外沿尺寸小于槽孔15尺寸。

作为优选的实施方式，所述风机管道7上设置有阀门。

作为优选的实施方式，连接放电池6与磁力泵9、储液池12与磁力泵9的磁力泵管道8上分别设置有阀门，用于控制放电液输送。

上述装置使用时，废旧锂离子电池包被投入到放电笼4中，机械抓手2抓取密封盖3，密封盖3与放电笼4通过磁力锁方式连接形成放电单元，放电单元被机械抓手2投入放电池6中，磁力泵8将放电液11由储液池12注入放电池6中，经过8小时的放电，磁力泵8将放电液11抽出放电池6，风机10启动将待处理电池包表面残余液滴吹落，机械抓手2将放电单元移至阴干池13；经过12小时的阴干后，机械抓手2将放电单元移至电池包投放区5进行电池包卸料。

在本发明另一些实施例中，提供采用上述装置进行的废旧动力锂离子电池包放电方法，如图2、图3所示，所述方法包括如下具体过程：

如图2所示，待放电电池包放入放电笼后4，机械抓手2将密封盖3放置于放电笼4上方，密封盖3与放电笼4经过磁力锁方式固定后连接成为放电单元；机械抓手2将放电单元放置于槽孔15中，放电笼4主体进入放电池6，密封盖3与放电笼4组成的放电单元由于物料的重力作用自动下压起密封作用。

如图3所示，所述磁力泵9通过磁力泵管道8分别连接储液池12与放电池6，放电单元进入放电池6后，打开磁力泵管道8上的阀门，磁力泵9将放电液11由储液池12抽入放电池6，通过流速与液位判断放电液11的加入状态；关闭磁力泵管道8上的阀门并静置8小时放电，放电过程中通过对放电液11的压力、温度、液位进行监测，当压力值、温度值、液位值在预警值之内时，设备正常运转；当超出预警值时，触发设备报警。同时对放电液11的pH值进行监测，当pH值在6-8之内时，设备正常运转；超出该范围时，触发设备报警。放电结束后，打开磁力泵管道8上的阀门，磁力泵9将放电液11由放电池6抽入储液池12，通过液位检查判断放电液11抽出状态。

所述风机10在放电结束后启动，打开风机管道7上的阀门，风机10运行1小时后关闭，启动机械抓手2，机械抓手2与放电单元通过磁力锁连接后，将放电单元提升出放电池6并放置于阴干池13，机械抓手2与放电单元脱开，移动到密封盖存放区14，再通过磁力锁连接单独的密封盖3，将密封盖3放置于槽孔15上方。

所述放电单元在阴干池13放置12小时后，启动机械抓手2，将放电单元移至电池包投放区5，解除密封盖3与放电笼4的磁力连接，机械抓手2将密封盖3移至密封盖存放区14，废旧锂离子电池包卸料。

本发明废旧动力锂离子电池包放电装置和放电方法，具有自动化程度高、高效、无污染的特点；可以实现废旧动力锂离子电池高效连续放电；采用中性化学放电体系快速安全的消除废旧锂离子电池中的余电，适用范围广，放电效率高，处理量高，易于工业应用。

进一步的，本发明上述的各个优选技术特征仅仅是部分可实施的特征，并不是对于本发明的限制，本发明还可以是不同于上述各个优选技术特征的其他特征，这对于本领域技术人员来说，在本发明描述的基础上是很容易做到的。

上述实施例附图中，相同的附图标记代表相同的零部件或作用同等的零部件，且描述中使用的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等类似的术语仅指相对于图形而言，目的是为了方便地描述本发明。

上述实施例所有附图仅仅是为了便于解释说明本发明的技术内容；构成最优实施方式所采用的数字、零部件的位置、零部件之间的相互关系以及零部件的尺寸等技术特征不构成对技术方案本身的限定，而应延伸至该技术领域所覆盖的整个领域。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (13)

1.一种废旧动力锂离子电池包放电装置，其特征在于，包括：行吊装置、放电单元、放电池、储液池、放电液输送部件、残余放电液去除部件和阴干池；其中：

所述行吊装置，用于将所述放电单元放到指定位置；

所述放电单元，由放电笼以及位于所述放电笼上方的密封盖组成，所述放电笼内用于放置待放电废旧动力锂离子电池包；

所述放电池，设置在所述行吊装置的下方，用于放置所述放电单元，所述放电池上方设置有若干槽孔，所述放电单元从所述槽孔进入所述放电池；

所述放电液输送部件，连接所述放电池、所述储液池，所述储液池内储放放电液，所述放电液输送部件用于将所述放电液由所述储液池抽入到所述放电池或者将所述放电液由所述放电池抽回到所述储液池；

所述残余放电液去除部件，用于将从所述放电池的放电液中出来后的废旧动力锂离子电池包表面残余放电液去除；

所述阴干池，用于放电后所述放电单元的阴干。

2.根据权利要求1所述的废旧动力锂离子电池包放电装置，其特征在于，所述行吊装置上设置可移动的机械抓手，所述机械抓手用于抓取放电单元并带动放电单元移动。

3.根据权利要求2所述的废旧动力锂离子电池包放电装置，其特征在于，所述密封盖下方通过磁力锁方式实现与放电笼连接以构成放电单元。

4.根据权利要求2所述的废旧动力锂离子电池包放电装置，其特征在于，所述密封盖上方以磁力锁方式连接所述机械抓手。

5.根据权利要求1所述的废旧动力锂离子电池包放电装置，其特征在于，所述密封盖的外沿大于所述放电池上的槽孔尺寸，所述放电笼的外沿小于所述槽孔尺寸，在将所述放电单元放置到所述放电池时，所述密封盖在所述放电池的所述槽孔上方，与所述密封盖连接的所述放电笼穿过所述槽孔进入所述放电池。

6.根据权利要求1所述的废旧动力锂离子电池包放电装置，其特征在于，所述残余放电液去除部件采用风机，所述放电池通过第一管道与所述风机连接，用于吹落废旧动力锂离子电池包表面残余放电液液滴。

7.根据权利要求6所述的废旧动力锂离子电池包放电装置，其特征在于，所述放电液输送部件分别通过第二管道、第三管道连接放电池、储液池。

8.根据权利要求7所述的废旧动力锂离子电池包放电装置，其特征在于，所述第一管道、第二管道、第三管道上分别设置有阀门。

9.根据权利要求7所述的废旧动力锂离子电池包放电装置，其特征在于，所述放电液输送部件采用磁力泵。

10.根据权利要求1-9任一项所述的废旧动力锂离子电池包放电装置，其特征在于，所述装置进一步包括传感器，所述传感器用于检测放电液的流速、液位、压力、温度、pH值中一种或多种参数，用于判断所述放电液在所述放电池、所述储液池之间抽入、抽出中的状态。

11.一种采用权利要求1-10任一项所述放电装置的废旧动力锂离子电池包放电方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)将待放电废旧动力锂离子电池包放入放电笼，行吊装置上的机械抓手以磁力锁方式连接密封盖并将密封盖放置于放电笼上方，密封盖与放电笼通过磁力锁方式固定后连接成为放电单元，机械抓手将放电单元放置于放电池上的槽孔中，放电笼进入放电池；

(2)放电单元进入放电池后，放电液输送部件将放电液由储液池抽入到放电池，静置放电；放电结束后，放电液输送部件将放电液由放电池抽入到储液池；

(3)残余放电液去除部件在放电结束后启动，之后关闭残余放电液去除部件，启动机械抓手，使机械抓手与放电单元的密封盖连接，将放电单元提升出放电池并放置于阴干池；机械抓手与放电单元的密封盖脱开，机械抓手移动到密封盖存放区；

(4)放电单元在阴干池阴干后，启动机械抓手将放电单元移至电池包投放区，解除密封盖与放电笼的连接，机械抓手将解除的密封盖移至密封盖存放区，待放电废旧动力锂离子电池包卸料。

12.根据权利要求11所述的废旧动力锂离子电池包放电方法，其特征在于，具有以下一种或多种特征：

-在放电液输送部件将放电液由储液池抽入到放电池的过程中，通过放电液的流速与液位判断放电液的加入状态；

-在静置放电过程中，通过对放电液的压力、温度、pH值、液位情况监测评估的放电过程；

-在放电液输送部件将放电液由放电池抽入到储液池的过程中，通过放电液的液位检查判断放电液的抽出状态。

13.根据权利要求11所述的废旧动力锂离子电池包放电方法，其特征在于，所述放电液为硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸钠中的一种或多种的混合物。