廢棄電池分選拆解工藝及系統

《廢棄電池分選拆解工藝及系統》是深圳市格林美高新技術有限公司於2006年6月15日申請的發明專利，該專利申請號為200610061204，公布號為CN1866593，專利公布日為2006年11月22日，發明人是許開華。

《廢棄電池分選拆解工藝及系統》包括：將原料倉中混裝的廢棄電池按形狀尺寸進行分選後上載到相同的選送帶上；採用電池無損檢測器對選送帶上的電池內部結構作實時測定；將每一選送帶上內部結構不同的廢棄電池傳送到不同的料倉，排列整齊後輸出；將從各料倉出口輸出的選排好的電池輸出到廢棄電池破殼機進行自動破殼；將破殼後得到的殼體等進行分離，歸入相應的儲槽；將各儲槽中電極分別進行處理。該發明工藝及系統能夠適應電極材料和結構日益發展的趨勢、能對混合蒐集的常用廢棄電池進行多級高效分選、拆解、前處理，自動化程度高，為提高廢棄電池深度回收的效率、改善二次污染殘留奠定基礎。

2010年11月15日，《廢棄電池分選拆解工藝及系統》獲得第十二屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《廢棄電池分選拆解工藝及系統》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：廢棄電池分選拆解工藝及系統
• 公布號：CN1866593
• 公布日：2006年11月22日
• 申請號：200610061204
• 申請日：2006年6月15日
• 申請人：深圳市格林美高新技術有限公司
• 地址：廣東省深圳市寶安區西鄉鎮寶安桃花源科技創新園2號研發中心
• 發明人：許開華
• 代理機構：深圳市永傑專利商標事務所
• 代理人：陳小耕
• Int.Cl.：H01M6/52（2006.01）I
• 類別：發明專利

專利背景

現代社會步入電子化時代，現代社會中的機電製品、電子設備的品種越來越多、數量越來越巨大，各種各樣的機電製品極大地擴展和延伸了人類的運動器官、感覺器官、甚至思維器官的功能，在這些製品/設備中，方便攜帶和移動使用的化學電源-電池得到廣泛套用。其中人們常用器具、交通工具中的常用電池主要包括以鋅錳電池為代表的一次電池和品種日益繁多的二次電池如鎳氫電池、鋰離子電池、鋰電池、鎳鎘電池等。這些電池中物質種類包含各種元素如汞、鎘、鉛、鋅、錳、鈷、鎳、銅、銀等，化合物包括無機、有機的酸、鹼、鹽類、高分子薄膜等，混合物、組合物包括無機類、有機類、二者共存類，物理形態包括粉末、薄膜、薄片、骨架、膠體、氣態等。總之，人們為了增加電池效率和各種套用功能，開發了形態複雜的電池內容物，而且隨著人們的研發，電池內容物的形態種類多樣化還有愈演愈烈之勢。

一旦電池失效廢棄後，這些存在於電池中的多樣化物質，勢必增加處理的難度。如若處理不當將引起嚴重的環境污染並造成資源浪費。例如其中的鉛、汞、鎘乃至貴重金屬在自然水體中會形成對環境產生二次污染的有毒有害物質或溶液等，其中的有機物、無機物均為自然環境難以降解者，很容易對環境產生嚴重的破壞。

另一方面，如果能對這些廢棄電池中各種物質進行有效回收再利用，這些廢棄物又可變成一種新的資源來源，既減少了環境的負擔和污染，又增加了可利用資源的數量和品種。

但是，2006年6月之前除了廢舊鉛酸電池由於其外型體積和使用場合較為特殊，很容易進行單獨收集、並基於火法冶金的方法進行回收處理，鋅銀電池因其金屬貴重等而易被單獨回收處理以外，對於大量其他類混合回收的廢棄常用電池，由於電極材料日益繁多、電極結構百差千別、外形尺寸多樣，國內外尚沒有成熟的分類拆解工藝、設備，對之逐級自動分類、拆解困難重重，導致後續的理化深度處理/回收難以進行，影響到這些廢棄的常用電池的後續處理和回收效率，造成大量廢棄常用電池的工業化處理難以開展或為繼，更談不上規模效益和產業優勢，也得不到社會、民眾和政府各方面的關注和支持。

在此方面有申請號為200510033231.3的中國專利申請檔案公開了一種回收處理混合廢舊電池的方法及其專用焙燒爐，該方法包括：（1）廢舊電池的去包裝放電處理；（2）電池破碎並洗去電池中的電解液；（3）水洗粉碎物、球磨、焙燒分離有機物、汞、鎘和鋅；（4）用篩分的方法分離電池外殼、鐵質和銅質集流體；（5）篩下物用鹼浸除鋁和鋅，再經焙燒後酸溶解，再使用化學沉澱、溶劑萃取方法分離酸溶解液中的稀土元素、雜質、鎳和鑽元素。據稱該方法工藝經濟合理，效果良好，不需對混合廢舊電池進行預先分類分揀。專用焙燒爐由鼓風機、焙燒爐體、冷卻器和煙氣過濾器依次連線構成，容易製備且處理效果良好。但是，該方法及其設備，採用火法冶金和濕法冶金工藝，對大量的混合回收的廢棄電池僅僅作雜燴式、不加區分的處理，很難適應電極材料和結構日益創新的發展趨勢，而且處理回收效果和二次污染殘留也難以進一步改善。

發明內容

專利目的

該發明的目的是要提供一種廢棄電池分選拆解工藝及系統，其具有如下優點：能夠適應電極材料和結構日益發展的趨勢、能對混合蒐集的常用廢棄電池進行多級高效分選、拆解、前處理，自動化程度高，為提高廢棄電池深度回收的效率、改善二次污染殘留奠定基礎。

技術方案

《廢棄電池分選拆解工藝及系統》其包括如下步驟：

A）將原料倉中混裝的廢棄電池按形狀尺寸進行分選，將形狀尺寸相同的電池上載到相同的選送帶上；B）採用電池無損檢測器，對選送帶上的電池內部結構作實時測定；C）按無損檢測執行操作，將每一選送帶上形狀尺寸相同但內部結構不同的廢棄電池傳送到各自不同的料倉，排列整齊後從各料倉出口輸出；D）將從各料倉出口輸出的選排好的電池輸出到廢棄電池破殼機，進行自動破殼；E）將破殼後得到的殼體與電池的正極、負極、隔膜進行分離，歸入相應的儲槽；F）將各儲槽中電極分別進行處理：對骨架強度脆弱、或活性物質結合牢固的電極，將電極骨架與電極活性物質共同破碎，分別傳輸到分類儲存該電極粒料的分類儲槽，以備進一步分離提取；對骨架與活性物質間機械性能相差較大的電極，先將電極骨架與電極活性物質作機械振動、洗脫分離，再分別傳輸到分類儲存該電極骨架與活性物質的分類儲槽。

該發明的拆解分選工藝基於自行開發的分選設備，首先利用特徵構造的篩選機械進行形狀尺寸的分選歸類，然後利用數位化低能X射線的無損檢測技術和控制技術，對電池內容物進行快速、無損檢測，從而對廢棄電池進行快速、高效分選、歸類，再利用自行開發的簡單高效電池破殼機對廢棄電池進行高效的拆解，再破碎、振動、洗脫分離，從而實現對混合蒐集的常用廢棄電池的高效分選、拆解、前處理。由此可見，該發明工藝自動化程度高，分選、拆解的效率高，能很好地適應電極材料和結構日益發展的趨勢，可以提高廢棄電池深度回收的效率和處理精度、改善二次污染殘留。

該發明拆解分選工藝具體改進還包括：

所述步驟A包括如下操作：採用多條裝有特徵構造篩選槽的動力選送帶、使之對接所述原料倉出料口，分別從其中篩選出形狀尺寸一致的廢棄電池並向原料倉外傳送；而不同種選送帶上的篩選槽包括特徵性的篩選大小口。

所述步驟B中的電池無損檢測器包括倫琴射線扇面掃描器、信號接收器、前置放大器、A/D轉換器、快取器、CPU、電池類型資料庫模組以及實時信號界面。

所述步驟C採用了如下設備和相應操作：在每一選送帶出料端連線有包括1個來料口和2個分料口的三通式分料器，在2個分料口的交點處設定有分料活門，令該分料活門受到執行機構的驅動，且令所述執行機構與所述無損檢測器的輸出電路相連線、受到所述無損檢測器的輸出信號控制。此處，根據電池結構、工藝要求及無損檢測器的分辨能力，還可採用四通式分料器等。

所述步驟D採用帶有套模的電池破殼機，而所述套模包括電池入口、允許電池順其軸向運動的水平或傾斜的通孔和凸出設定在通孔內壁上的刃具，所述刃具的凸出距離大於被處理電池外殼的厚度；令一衝壓頭對準所述套模及其中電池，衝壓頭在動力機的往復驅動下、與所述通孔的軸向一致地對其中電池作往復衝壓、破殼。

所述步驟E採用簡單機械將正極、負極、隔膜、殼體進行分離；所述步驟F包括如下操作：對骨架強度脆弱、或活性物質結合牢固的正極，採用破碎機械將骨架與正極活性物質共同破碎成為粒徑為0.5毫米—1.5毫米的粒料，再作化學處理；對骨架與活性物質間機械性能相差較大的正極、負極，將電極投入各自相應的洗脫槽中，在洗脫槽中施加低頻機械振動能和/或高頻超聲機械振動能，使得電極各自的骨架與其活性物質粉末相互分離，再採用網篩過濾分別收集。

相應地，該發明的另一技術解決方案是一種廢棄電池分選拆解系統，其包括混裝廢棄電池的原料倉、按外形/尺寸/內部結構分選廢棄電池的自動分選機、廢棄電池破殼機、將電極骨架與活性材料進行分離的洗脫槽和破碎機械。

改善效果

該發明的分選拆解系統著眼於未來電池發展的方向和趨勢，採用自行開發的精細、高效分選設備、拆解設備，將它們組合成特色的系統，為廢棄電池進一步深度回收創造了條件，為改善廢棄電池處理中二次污染殘留奠定了基礎。該發明分選拆解系統具體結構改進還包括：所述原料倉處於所述自動分選機的下方，且原料倉的各出料口分別對接自動分選機 的不同選送帶的進料端；每一選送帶上排列設有具特徵開口結構的篩選槽，每一選送帶上還設有掃瞄電池的無損檢測器，無損檢測器包括倫琴射線扇面掃描器、信號接收器、前置放大器、A/D轉換器、快取器、CPU、電池類型資料庫模組以及實時信號界面，所述掃瞄器設在選送帶上方。所述廢棄電池破殼機包括安裝在機架上的套模，所述套模包括電池入口、允許電池順其軸向運動的水平或傾斜的通孔和凸出設定在通孔內壁上的刃具，所述刃具的凸出距離大於被處理電池外殼的厚度；電池破殼機還包括受動力機往復驅動的衝壓頭，該衝壓頭往復衝壓方向與所述通孔的軸向一致。所述洗脫槽包括盛液的槽體，在槽體上裝設有機械振動器、超聲發射器、湍流器和濾網其中一或幾種；所述破碎機械包括螺旋桿絞刀。

附圖說明

圖1為《廢棄電池分選拆解工藝及系統》的流程示意框圖。

圖2為該發明系統實施例的整體示意圖。

圖3為該發明系統自動分選機實施例的結構示意圖。

圖4為該發明系統廢棄電池破殼機實施例的結構示意圖。

圖5為該發明系統洗脫槽實施例的結構示意圖。

權利要求

1、《廢棄電池分選拆解工藝及系統》其包括如下步驟：

A）將原料倉中混裝的廢棄電池按形狀尺寸進行分選，將形狀尺寸相同的電池上載到相同的選送帶上；B）採用電池無損檢測器，對選送帶上的電池內部結構作實時測定；C）按無損檢測執行操作，將每一選送帶上形狀尺寸相同但內部結構不同的廢棄電池傳送到各自不同的料倉，排列整齊後從各料倉出口輸出；D）將從各料倉出口輸出的選排好的電池輸出到廢棄電池破殼機，進行自動破殼；E）將破殼後得到的殼體與電池的正極、負極、隔膜進行分離，歸入相應的儲槽；F）將各儲槽中電極分別進行處理：對骨架強度脆弱、或活性物質結合牢固的電極，將電極骨架與電極活性物質共同破碎，分別傳輸到分類儲存該電極粒料的分類儲槽，以備進一步分離提取；對骨架與活性物質間機械性能相差較大的電極，先將電極骨架與電極活性物質作機械振動、洗脫分離，再分別傳輸到分類儲存該電極骨架與活性物質的分類儲槽。

2、如權利要求1所述廢棄電池分選拆解工藝，其特徵在於：所述步驟A包括如下操作：採用多條裝有特徵構造篩選槽的動力選送帶、使之對接所述原料倉出料口，分別從其中篩選出形狀尺寸一致的廢棄電池並向原料倉外傳送；而不同種選送帶上的篩選槽包括特徵性的篩選大小口。

3、如權利要求1所述廢棄電池分選拆解工藝，其特徵在於：所述步驟B中的電池無損檢測器包括倫琴射線扇面掃描器、信號接收器、前置放大器、A/D轉換器、快取器、CPU、電池類型資料庫模組以及實時信號界面。

4、如權利要求3所述廢棄電池分選拆解工藝，其特徵在於：所述步驟C採用了如下設備和相應操作：在每一選送帶出料端連線有包括1個來料口和2個分料口的三通式分料器，在2個分料口的交點處設定有分料活門，令該分料活門受到執行機構的驅動，且令所述執行機構與所述無損檢測器的輸出電路相連線、受到所述無損檢測器的輸出信 號控制。

5、如權利要求1所述廢棄電池分選拆解工藝，其特徵在於：所述步驟D採用帶有套模的電池破殼機，而所述套模包括電池入口、允許電池順其軸向運動的水平或傾斜的通孔和凸出設定在通孔內壁上的刃具，所述刃具的凸出距離大於被處理電池外殼的厚度；令一衝壓頭對準所述套模及其中電池，衝壓頭在動力機的往復驅動下、與所述通孔的軸向一致地對其中電池作往復衝壓、破殼。

6、如權利要求1所述廢棄電池分選拆解工藝，其特徵在於：所述步驟E採用簡單機械將正極、負極、隔膜、殼體進行分離；所述步驟F包括如下操作：對骨架強度脆弱、或活性物質結合牢固的正極，採用破碎機械將骨架與正極活性物質共同破碎成為粒徑為0.5毫米—1.5毫米的粒料，再作化學處理；對骨架與活性物質間機械性能相差較大的正極、負極，將電極投入各自相應的洗脫槽中，在洗脫槽中施加低頻機械振動能和/或高頻超聲機械振動能，使得電極各自的骨架與其活性物質粉末相互分離，再採用網篩過濾分別收集。

7、一種廢棄電池分選拆解系統，其特徵在於：所述系統包括混裝廢棄電池的原料倉、按外形/尺寸/內部結構分選廢棄電池的自動分選機、廢棄電池破殼機、將電極骨架與活性材料進行分離的洗脫槽和破碎機械。

8、如權利要求7所述廢棄電池分選拆解系統，其特徵在於：所述原料倉處於所述自動分選機的下方，且原料倉的各出料口分別對接自動分選機的不同選送帶的進料端；每一選送帶上排列設有具特徵開口結構的篩選槽，每一選送帶上還設有掃瞄電池的無損檢測器，無損檢測器包括倫琴射線扇面掃描器、信號接收器、前置放大器、A/D轉換器、快取器、CPU、電池類型資料庫模組以及實時信號界面，所述掃瞄器設在選送帶上方。

9、如權利要求7所述廢棄電池分選拆解系統，其特徵在於：所述廢棄電池破殼機包括安裝在機架上的套模，所述套模包括電池入口、允許電池順其軸向運動的水平或傾斜 的通孔和凸出設定在通孔內壁上的刃具，所述刃具的凸出距離大於被處理電池外殼的厚度；電池破殼機還包括受動力機往復驅動的衝壓頭，該衝壓頭往復衝壓方向與所述通孔的軸向一致。

10、如權利要求7所述廢棄電池分選拆解系統，其特徵在於：所述洗脫槽包括盛液的槽體，在槽體上裝設有機械振動器、超聲發射器、湍流器和濾網其中一或幾種；所述破碎機械包括螺旋桿絞刀。

實施方式

如圖1，所示為該發明廢棄電池分選拆解工藝實施例的流程框圖。其包括如下步驟：

A）A1—將原料倉中混裝的廢棄電池按形狀尺寸進行分選，A2—將形狀尺寸相同的電池上載到相同的選送帶上；B）採用電池無損檢測器，對選送帶上的電池內部結構作實時測定；C）C1—按無損檢測執行操作，將每一選送帶上形狀尺寸相同但內部結構不同的廢 棄電池傳送到各自不同的料倉，C2—排列整齊後從各料倉出口輸出；D）將從各料倉出口輸出的選排好的電池輸出到廢棄電池破殼機，進行自動破殼；E）將破殼後得到的殼體與電池的正極、負極、隔膜進行分離，歸入相應的儲槽；F）將各儲槽中電極分別進行處理：F1—對骨架強度脆弱、或活性物質結合牢固的電極，將電極骨架與電極活性物質共同破碎，分別傳輸到分類儲存該電極粒料的分類儲槽，；F2—對骨架與活性物質間機械性能相差較大的電極，先將電極骨架與電極活性物質作機械振動、洗脫分離，F3—再分別傳輸到分類儲存該電極骨架與活性物質的分類儲槽；G）轉入下級深度處理。

• 系統實施例

如圖2，所示為該發明廢棄電池分選拆解系統實施例的整體框圖。該系統包括混裝廢棄電池的原料倉10、按外形/尺寸/內部結構分選廢棄電池的自動分選機20、廢棄電池破殼機30、將電極骨架與活性材料進行分離的洗脫槽40和破碎機械50。分選拆解系統還包括普通傳輸帶60、振動傳輸帶70、各級各類的分類料倉或儲槽80、普通重力、電磁、尺寸類分選機90，其中儲槽、料倉80可以帶有稱量、傳輸、翻轉機構。

• 自動分選機實施例

如圖3，所示為該發明自動分選機20實施例的結構示意圖。其原料倉10處於所述自動分選機20的下部，原料倉10的出料口11分別對接自動分選機的不同選送帶201（僅以其一為例）的進料端；每條選送帶201上帶有特徵開口結構的篩選槽202，每種篩選槽202都包括相互貫通的大口2021和小口2022，所述大口2021形狀尺寸與單只某型電池A一側輪廓的形狀尺寸相合而稍大，所述小口2022比該型電池A同側輪廓尺寸略小；每條選送帶201出料端對準一個三通式分料器204，其包括一個來料口2041和2個分料口2042（僅示出在前者），在2個分料口2042的交點處設定有分料活門2043，該分料活門2043受到執行機構2044的驅動。從分料口2042下來的分選電池A經由下級料倉205及其傳送機構2051向後傳送處理。此處，根據電池結構、工藝要求及無損檢測器的分辨能 力，還可採用四通式分料器等。

每一選送帶201還設有掃瞄電池內部結構的無損檢測器203，其包括倫琴射線扇面掃描器2031、信號接收器2032、前置放大器2033、A/D轉換器2034、快取器2035、CPU處理器2036、電池類型資料庫模組2037以及實時信號界面2038，所述掃瞄器2031設在選送帶201上方。掃描器2031將電池A的內部結構信號送經CPU處理器2036分析處理，再經由實時信號界面2038向掃描器2031和執行機構2044發出控制信號，而所述執行機構2044根據無損檢測器203的輸出信號控制開閉三通式分料器204的分料活門2043，對外形相同但內容不同的電池進行分選。

• 廢棄電池破殼機實施例

如圖4，所示為該發明廢棄電池破殼機30實施例的結構示意圖。其包括安裝在機架301上的套模302，所述套模302包括電池入口3021、允許電池A順其軸向運動的水平的通孔3022和凸出設定在通孔內壁上的刃具303，所述刃具303的凸出距離大於被處理電池A外殼A1的厚度；電池破殼機30還包括受動力機304往復驅動的衝壓頭305，該衝壓頭305往復衝壓方向與所述通孔3022的軸向一致。所述破殼機30還包括分類收集器307、重力式且帶輔助傳輸帶3063的供料器306，該供料器306自高向低、依次包括過渡槽3061、和允許單個電池平臥或斜臥地通過其出口的料槽3062，所述料槽3062一端的出口對準所述電池入口3021。

• 洗脫槽實施例

如圖5，所示為該發明洗脫槽40實施例的結構示意圖。洗脫槽40包括盛液的槽體401、向槽體401中施加低頻機械振動能/高頻超聲機械振動能的振動器402、攪拌器403、超聲發射器404、射流器405和濾網406。

• 操作實施例

將混裝有3種廢棄電池（5號、7號電池、某型手機方塊電池）前二型電池內部結 構又包括不可充電（一次）型、可充電（二次）型，採用分別帶有5號、7號電池、某型手機方塊電池特徵開口的篩選槽的至少3條動力選送帶、使之分別對接原料倉出料口，分別從其中篩選出形狀尺寸一致的5號、7號電池、某型手機方塊電池並向外傳送。

而在每一選送帶出料端連線有包括1個來料口和2個分料口的三通式分料器，在2個分料口的交點處設定有分料活門。

無損檢測器包括倫琴射線扇面掃描器、信號接收器、前置放大器、A/D轉換器、快取器、CPU、電池類型資料庫模組以及實時信號界面。所述掃瞄器設在選送帶上方，分別檢測每條選送帶上的電池；無損檢測器的實時信號界面與執行機構相連線，並向其輸出監測和控制信號，控制且令所述執行機構驅動三通式分料器的分料活門動作，將形狀尺寸一致的但內部結構不同的一次型、二次型電池分別送到各自的儲槽中，而某型手機方塊電池僅為二次型電池則直接送往相應儲槽。

將從各料倉出口輸出的選排好的電池輸出到廢棄電池破殼機。帶有套模的電池破殼機，一衝壓頭對準所述套模及其中電池，衝壓頭在動力機的往復驅動下、與所述通孔的軸向一致地對其中電池作往復衝壓。而電池順所述套模的通孔作水平軸向運動，經過凸出設定在通孔內壁上的刃具，進行自動破殼。

再採用簡單機械將三種電池的正極、負極、隔膜、殼體進行分離：對骨架強度脆弱、或活性物質結合牢固的5號電池的正極，採用破碎機械將骨架與正極活性物質共同破碎成為粒徑為1毫米-的粒料後，再作機械振動分離或作化學處理；對骨架與活性物質間機械性能相差較大的7號電池、手機方塊電池的正極，將正極的骨架與正極活性物質投入相應的洗脫槽中，在洗脫槽中施加低頻機械振動能、高頻超聲機械振動能和湍流水能，使得電極各自的骨架與其活性物質粉末相互分離，再採用網篩、過濾分別收集之，以備後續化學處理。

榮譽表彰

2010年11月15日，《廢棄電池分選拆解工藝及系統》獲得第十二屆中國專利獎優秀獎。