[0001] 本申请涉及锂电池回收技术领域，特别是涉及一种机电锂电池回收装置及工艺。

[0002] 新能源汽车等的蓬勃发展带动了磷酸铁锂电池、三元电池、钴酸锂电池等锂离子电池产业的飞速扩张。但锂离子电池(LIB)的使用寿命一般为5‑8年，因此每年都会有数以亿计的锂离子电池由于性能衰减而废弃。废旧的LIB被归类为危险固体废物,如果直接丢弃或处置不合理会给生态环境和人民带来了巨大的安全隐患。同时，丰富的废锂离子电池中的锂、钴、镍和锰等有价金属含量比天然矿石高，这些有价值的回收利用金属可能有利于资源的保护和利用大力缓解锂、钴、镍资源短缺问题。对正极材料进行回收会产生资源、环境等多重效益。现如今回收LIB主流的回收工艺有三种：火法冶金，湿法冶金，直接再生法[0003] 火法冶金是利用高温环境使废旧LIB中的有机物等杂质挥发，或者通过高温焙烧工艺使LIB的各组分发生化学反应，最终转化为容易分离和回收的物质。火法回收具有操作简便、效率高、处理量大等优点，是废旧锂电池回收利用的重要方式，其将废旧锂离子电池拆解后与石灰石、沙子和矿渣一起送入高温炉，有价金属被还原为铜、钴、镍和铁的合金，这些金属通过后续浸出操作可以从合金中回收。该方法相对经济高效，目前已用于工业领域，但缺点在于高温焙烧过程中的毒副产品需要进一步处理。

[0004] 湿法冶金技术具有操作性强、浸出剂选择多样、浸出及回收效率高等优势，在湿法冶金过程中，很多报道的研究主要集中在价值量高的钴、锂、镍和锰的回收，按照浸出剂的种类又可以分为酸浸、碱浸和氨浸，整体来看，氨浸技术目前在还原剂和缓冲溶液的研究方面不成体系，同时在氨浸后回收浸出液里的有价金属离子的方面仍旧存在流程较长且工艺繁琐的问题；酸浸技术中会产生大量难处理的酸性废水，同时还存在反应副产物(如Cl2等)，这会增加额外的回收成本。

[0005] 直接修复再生即通过不同温度的高温煅烧，对正极材料的电化学活性进行修复，从而直接获得可再次利用的正极材料。这类方法简便且成本较低、对环境影响较小，但再生产物易出现夹带杂质、结构修复不完全的问题。

[0006] 因此，现有LIB回收技术都含有一定缺陷，需要研发新的LIB回收技术。

[0036] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

[0037] 请参阅图1‑10，本发明实施例中提供的一种机电锂电池回收装置，包括电解池1，其呈矩形框架型结构，电解池1上设置有电解槽11和收集槽12，电解槽11内填装有混合溶液；以及电极组件2，其安装在电解槽11内部，电极组件2包括正极板21和负极板22，正极板21和负极板22上均设置有接电旋钮，正极板21和负极板22通电施压后混合溶液产生氧化还原对；回收组件3，其安装在电解槽11中部，且回收组件3位于正极板21和负极板22之间，回收组件3用于将废旧锂电池正极材料与氧化还原对反应进行脱锂回收；收集组件4，其安装在收集槽12内部，收集组件4用于对脱锂后的锂电池正极材料残渣进行振动收集。

[0038] 在上述技术方案中，在正极板21和负极板22上施加电压以电解混合溶液，控制温度、pH等参数，然后将废旧锂电池正极材料填装到回收组件3内部，回收组件3间歇转动带动锂电池正极材料浸提到混合溶液内部，锂电池正极材料与氧化还原对反应被剥离出来，通过对反应后的混合溶液进行过滤实现锂电池正极材料的脱锂回收，再通过对滤液内部加入沉淀剂生成对应的不溶性锂盐并回收，进而直需浸提‑分离‑沉淀‑分离四步即可实现废旧正极材料的回收。

[0039] 作为本发明的一种实施例，废旧锂电池正极材料为磷酸铁锂、磷酸锰锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、钴酸锂、磷酸钒锂、氟磷酸钒锂、三元材料中的一种或几种；废旧锂电池正极材料内部包含铝箔等其他废旧材料，在进行脱锂回收之前，需要将废旧锂电池正极材料充分剪切、破碎以及除杂，便于废旧锂电池正极材料充分与电解槽11内部的混合液体充分反应。

[0040] 作为本发明的一种实施例，所述混合溶液为氯化钠、氯化钾、氯化铵、硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵、氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、次氯酸钠、次氯酸钾、锰酸钠、锰酸钾、锰酸铵、硫酸氢钠、硫酸氢钾、硫酸氢铵中的一种或几种。

[0041] 参阅图4‑6所示，作为本实施例优选的技术方案，所述回收组件3包括转动轴31、转动框架32、环形腔33、扇形槽34、回收单元35和振动单元36，所述电解池1中部通过轴承安装有转动轴31，转动轴31中部安装有转动框架32，转动框架32呈圆环形结构，转动框架32内部设置有环形腔33，转动框架32外侧均匀设置有扇形槽34，扇形槽34上安装有回收单元35，环形腔33内部安装有振动单元36，振动单元36被配置为驱动回收单元35内部高频震荡。

[0042] 在上述技术方案中，将废旧锂电池正极材料装填到回收单元35内部，转动轴31通过转动框架32带动回收单元35间歇转动，使得回收单元35可以逐渐浸入到电解槽11内部的混合溶液内部，混合溶液在电压的作用下与废旧锂电池正极材料反应，使得锂电池正极材料被剥离出来，同时振动单元36可以与回收单元35相互配合，使得回收单元35内部可以产生高频震荡，通过机械震荡以及电解剥离相互配合的设计工艺，使得回收工艺有效缩短，滤液中离子的纯度高。

[0043] 当转动框架32带动回收单元35从电解槽11内部移出后，此时反应后的废旧锂电池正极材料变成脱锂残渣，回收单元35外端打开，脱锂残渣进而可以掉落在收集槽12内部，便于残渣的后续统一处理。

[0044] 需要说明的是，环形腔33内部为密封腔，在转动框架32上均匀设置有与环形腔33连通的三角槽，扇形槽34内壁上均匀设置有与三角槽连通的喷孔，在对废旧锂电池正极材料进行脱锂反应时，向环形腔33内部通入辅助剥离气体，辅助剥离气体能够在混合液体内部释放氧气，且辅助剥离气体是一直通入的，防止混合液体回流进入到三角槽内部。

[0045] 参阅图7‑9所示，作为本实施例优选的技术方案，所述回收单元35包括扇形架351、进液腔、齿轮轴352、负压件353、震荡件354和密封件355，所述扇形架351安装在扇形槽34内部，扇形架351外侧设置有储存槽，扇形架351内侧设置有与转动框架32配合的卡槽，扇形架351中部设置有进液腔，扇形架351侧壁上设置有与进液腔连通的进液通孔，扇形架351中部通过轴承安装有齿轮轴352，进液腔内部设置有负压件353，负压件353用于将电解池1内部的混合溶液经进液通孔吸附到进液腔内部，再将进液腔内部的混合溶液推送到储存槽内部，扇形架351外侧的储存槽内部设置有震荡件354，负压件353与震荡件354均安装在齿轮轴352上，储存槽外侧安装有密封件355，储存槽与密封件355密封连接，密封件355与扇形槽
34侧壁相连接。

[0046] 在上述技术方案中，将废旧锂电池正极材料装填到储存槽内部，当扇形架351转动到电解槽11内部的混合溶液中后，齿轮轴352工作带动负压件353工作，负压件353工作使得进液腔中部产生负压，电解槽11内部的混合溶液经进液通孔进入到进液腔内部，同时负压件353又能够将进液腔内部的混合溶液推送到储存槽内部，使得混合溶液能够与废旧锂电池正极材料接触反应，震荡件354可以进一步的提高废旧锂电池正极材料与混合溶液之间的接触效果，保证废旧锂电池正极材料能够充分反应，反应后的溶液经密封件355上的排液孔3553排出。

[0047] 当扇形架351刚从电解槽11内部转动出来后，密封件355上端打开，使得储存槽上端打开，反应后的脱锂残渣经储存槽倾斜向下掉落到收集槽12内部，当扇形架351继续转动时，此时，储存槽上端扔为打开状态，人工再次将废旧锂电池正极材料装填到储存槽内部，进而可以实现对废旧锂电池正极材料进行连续脱锂反应的功能。

[0048] 继续参阅图8所示，作为本实施例优选的技术方案，所述负压件353包括安装在齿轮轴352上的环形套管3531以及均匀布置在环形套管3531上的扇叶3532，扇叶3532倾斜设置。

[0049] 在上述技术方案中，当齿轮轴352高速旋转时，齿轮轴352可以带动扇叶3532同步转动，扇叶3532下方产生负压，使得电解槽11内部的混合溶液经进液通孔进入到进液腔内部，同时扇叶3532上方产生增压，进而能够将进液腔内部的混合溶液推送到储存槽内部，使得混合溶液能够与废旧锂电池正极材料接触反应。

[0050] 参阅图9所示，作为本实施例优选的技术方案，所述震荡件354包括安装在齿轮轴352上的安装套管3541以及均匀布置在安装套管3541上的搅拌杆3542。

[0051] 在上述技术方案中，当齿轮轴352高速旋转时，齿轮轴352可以带动搅拌杆3542进行高速搅拌，使得储存槽内部的废旧锂电池正极材料与混合液体充分反应。

[0052] 继续参阅图9所示，作为本实施例优选的技术方案，所述密封件355呈弧形结构，密封件355左右两端通过销轴安装有连杆3551，所述扇形槽34侧壁上设置滑块341，滑块341通过销轴与连杆3551内侧相连接，密封件355内侧设置有过滤层3552，密封件355外侧均匀设置有排液孔3553。

[0053] 在上述技术方案中，密封件355通过连杆3551与滑块341相连接，滑块341为电动滑块，当回收单元35从电解槽11内部转动出来后，滑块通过连杆3551带动密封件355向外运动，使得密封件355可以与储存槽分离，便于反应后的脱锂残渣排出，同时也便于未反应的废旧锂电池正极材料能够装填到储存槽内部。

[0054] 需要说明的是，所述过滤层3552为疏松多孔结构，当储存槽内部的液体经排液孔3553向外排出时，过滤层3552可以有效地对剥离的锂电池正极材料进行收集，通过定期的对过滤层3552进行更换清理，进而可以准确的实现对锂电池正极材料准确回收的功能。

[0055] 参阅图9所示，作为本实施例优选的技术方案，所述排液孔3553呈锥形结构，排液孔3553的直径由内而外逐渐减少，排液孔3553内安装有用于防止液体从外向内流入的橡胶套3554。

[0056] 在上述技术方案中，当负压件353工作时，混合溶液进入到储存槽内部与废旧锂电池正极材料充分反应，反应后的混合溶液经排液孔3553向外排出，同时排液孔3553上设置有橡胶套3554，使得混合液体只能够单向流动，即当储存槽内部压强大于电解槽11内部压强时，混合液体能够经橡胶套3554中部向外排出，当储存槽内部压强小于电解槽11内部压强时，橡胶套3554受到由外而内的压力时中部闭合，避免混合液体与废旧锂电池正极材料反应不充分。

[0057] 参阅图5所示，作为本实施例优选的技术方案，所述振动单元36包括环形架361和环形齿轮362，所述环形腔33内部安装有环形架361，环形架361为环形电动滑轨，环形架361内部安装有环形齿轮362，环形齿轮362与齿轮轴352相连接。

[0058] 在上述技术方案中，环形电动滑轨可以带动环形齿轮362高速旋转，使得环形齿轮362可以带动齿轮轴352同步运动，齿轮轴352进而可以带动废旧锂电池正极材料高频振动搅拌的功能，保证废旧锂电池正极材料能够与混合溶液充分混合反应。

[0059] 参阅图10所示，作为本实施例优选的技术方案，所述收集组件4包括缓冲架41和过滤板42，所述收集槽12内部安装有缓冲架41，缓冲架41上安装有振动电机，缓冲架41上设置有过滤板42，过滤板42可拆卸设置。

[0060] 在上述技术方案中，当反应完毕后的脱锂残渣掉落在收集槽12内部时，过滤板42可以对脱锂残渣进行承接以及过滤，便于脱锂残渣的后续收集。

[0061] 需要说明的是，当扇形架351刚从电解槽11内部转动出来后，密封件355上端打开，此时，储存槽内部可能会存在一定的混合液体，进而混合液体会跟随脱锂残渣同步排出到收集槽12内部，经过滤板42过滤后的混合液体会再次输送到电解槽11内部。

[0062] 此外本发明还提供了一种机电锂电池回收装置的制备工艺，该机电锂电池回收装置的制备工艺具体包括以下步骤：

[0063] S1、电极通电施压：向电解槽11中加入混合溶液，在正极板21和负极板22上施加电压以电解混合溶液，正极板21和负极板22通电施压后混合溶液产生氧化还原对；

[0064] S2、废旧锂电池正极材料脱锂回收：将锂电池正极材料填装到回收组件3内部，回收组件3间歇转动带动锂电池正极材料浸提到混合溶液内部，通过对反应后的混合溶液进行过滤实现锂电池正极材料的脱锂回收；

[0065] S3、脱锂残渣回收：当锂电池正极材料脱锂完毕后，回收组件3带动锂电池正极材料转动到收集槽12上方，回收组件3内部的脱锂残渣掉落收集到收集槽12内部；

[0066] S4、废液沉淀回收：向步骤S2中的滤液内部加入沉淀剂生成对应的不溶性锂盐并回收。

[0067] 作为本发明的一种实施例，所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氟化钠、氟化钾、磷酸钠、磷酸钾、磷酸铵、磷酸氢铵和磷酸二氢铵中的一种或几种。

[0068] 以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。