CN111525203A - 一种动力电池搅拌式高效完全放电装置及放电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动力电池搅拌式高效完全放电装置及放电方法，放电装置包括驱动装置、密闭式筒体、搅拌装置、固体放电介质、自闭合孔、穿刺装置、充气装置和支架；驱动装置和密闭式筒体固定在支架上；搅拌装置和固体放电介质设置在密闭式筒体内，并且驱动装置的动力输出端与搅拌装置的转轴固定连接；自闭合孔设置在密闭式筒体上，穿刺装置设置在密闭式筒体的外侧，并且穿刺装置的穿刺部与自闭合孔相对设置；充气装置与密闭式筒体的进气口相连通。该装置可有效避免现有物理和化学放电方法存在的弊端，有效降低放电过程对环境和操作人员的伤害，最大程度保护环境，有效缓解动力电池放电和破碎回收的技术难度，提高回收企业经济效益。

Description

一种动力电池搅拌式高效完全放电装置及放电方法

技术领域

本发明涉及城市矿产的高效回收利用技术领域，尤其是涉及一种动力电池搅拌式高效完全放电装置及放电方法。

背景技术

面对日趋严苛的能源危机和环境问题，新能源电动汽车已经成为未来发展趋势。近年来，我国大力发展新能源电动汽车，随着市场需求的快速增长，报废动力电池数量也在急剧增加，预测到2020年，中国电池报废量将达到50万吨。对锂离子动力电池回收处理的第一步首先是将动力电池中的剩余电量安全高效地放出，才能进行后续的拆解、破碎工作。未放电或未完全放电的退役动力电池的直接拆解和破碎回收会因电池短路而大量放热引发燃烧、***等危险状况，会对环境和人类健康造成极大的危害，同时也造成了资源的极大浪费，因此在回收前必须对废旧动力电池进行完全的放电。

现有放电方法主要有物理放电和化学放电两种。现有物理放电方法主要依靠放电柜和固体放电介质：放电柜的放电时间很长，一般在72小时以上，且不能完全放电，存在明显的电压反弹现象；固体介质放电仅依靠放电介质与电池正负极的接触放电，直接接触的放电效率太低；因而简单的物理放电很难达到高效的完全放电。现有化学放电方法主要依靠放电溶剂，一般为盐溶液，放电过程较短，但是会产生大量的气体且容易腐蚀坏正负极柱进而产生大量有毒液体和气体，在工业生产中会对工人身心健康造成巨大威胁，同时需要额外搭建巨额的有毒有害气体回收装置，经济效益较差。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种动力电池搅拌式高效完全放电装置，该装置可以实现动力电池电芯的高效完全放电，可有效避免现有物理和化学放电方法存在的弊端，改善现有放电方法和技术，有效降低放电过程对环境和操作人员的伤害，最大程度保护环境，同时降低带电动力电池回收利用的工艺难度，有效缓解废旧动力电池放电和破碎回收的技术难度，提高回收企业经济效益。

本发明的第二目的在于提供一种动力电池搅拌式高效完全放电方法，其采用上述动力电池搅拌式高效完全放电装置实现动力电池的完全放电。

本发明提供一种动力电池搅拌式高效完全放电装置，其包括驱动装置、密闭式筒体、搅拌装置、固体放电介质、自闭合孔、穿刺装置、充气装置和支架；

所述驱动装置和密闭式筒体固定在支架上；

所述搅拌装置和固体放电介质设置在密闭式筒体内，并且驱动装置的动力输出端与搅拌装置的转轴固定连接；

所述自闭合孔设置在密闭式筒体上，所述穿刺装置设置在密闭式筒体的外侧，并且穿刺装置的穿刺部与自闭合孔相对设置；

所述充气装置与密闭式筒体的进气口相连通。

优选的，所述驱动装置包括电机，以及与电机的电机轴相连的减速机；

所述减速机的动力输出轴与搅拌装置的搅拌主轴连接。

优选的，所述搅拌装置包括搅拌主轴和搅拌轮；

沿所述搅拌主轴的轴向，在搅拌主轴上分布有多层搅拌轮。

优选的，所述搅拌轮结构包括棒式、叶轮式、螺旋式或盘式。

优选的，所述穿刺装置包括穿刺、护板、执行机构、液压装置和人力辅助接口；

所述穿刺设置在护板的第一侧面，所述执行机构和人力辅助接口设置在护板的第二侧面，所述第一侧面和第二侧面相对设置；

所述液压装置与执行机构相连接，液压装置通过执行机构带动护板和穿刺机构沿直线方向上往复运动。

优选的，所述穿刺水平设置。

优选的，所述动力电池搅拌式高效完全放电装置包括两个穿刺装置，两个穿刺装置分别对应密闭式筒体的一个侧面设置，所述两个穿刺装置的穿刺垂直设置。

优选的，所述自闭合孔包括活动滑块、磁性吸附装置、柔性铰接装置和筒体开孔；

所述磁性吸附装置与活动滑块连接，所述活动滑块通过柔性铰接装置与筒体连接；

所述磁性吸附装置覆盖在筒体开孔上。

优选的，所述固体放电介质包括铁粉、铜粉或碳粉中的一种或多种的混合物。

一种动力电池搅拌式高效完全放电方法，该方法采用如以上所述的所述的动力电池搅拌式高效完全放电装置，包括以下步骤：

将带电动力电池电芯和固体放电介质放入密闭式筒体；

封闭设备，充入惰性气体或氮气；

待充气完毕之后，以设定速度搅拌混合放电设定时间后对电池电芯进行穿刺，穿刺完毕后，再以设定速度搅拌混合放电设定时间；

放电完毕后，分离电池电芯和固体放电介质，得到完全放电的电芯和固体放电介质。

有益效果：

通过搅拌装置使待放电电芯和固体介质充分接触，加快待放电电芯和固体放电介质间的接触概率，提高放电效率，有效解决了原有物理放电方式效率低、时间漫长的问题；

为达到完全放电，配合以外部穿刺装置实现待放电电芯的穿刺，使残余电量的电芯实现穿刺放电，进而实现完全放电。

该装置，不但可以实现高效放电，加快放电速度，缩短放电时间，提高效率；同时可以尽量避免产生废气废液，有效保护工人操作环境，减少污染；此外可以实现所有电芯的完全放电，有效缓解下一阶段破碎和分选难度，可以实现完全无电状态下的破碎分选。

带电电芯的高效完全放电，降低后续分选的工艺难度，便于实现动力电池回收的工业化和自动化，有效解决废旧动力电池类城市矿产的处理和回收难度，降低回收成本，提高企业经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式提供的动力电池搅拌式高效完全放电装置的结构示意图；

图2为图1“A-A”向剖视图；

图3为本发明具体实施方式提供的穿刺装置的结构示意图；

图4为本发明具体实施方式提供的自闭合孔的结构示意图；

图5为本发明具体实施方式提供的动力电池搅拌式高效完全放电的流程图。

附图标记说明：

1：电机；2：减速机；3：密闭式筒体；4：搅拌装置；5：固体放电介质；6：动力电池电芯；7：自闭合孔；8：穿刺装置；9：充气装置；10：支架；

31：筒体底板；

41：搅拌主轴；42：搅拌轮；

71：活动滑块；72：磁性吸附装置；73：柔性铰接装置；74：筒体开孔；

81：穿刺；82：护板；83：执行机构；84：液压装置；85：人力辅助接口。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，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所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图4所示，本实施方式提供了一种动力电池搅拌式高效完全放电装置，其包括驱动装置、密闭式筒体3、搅拌装置4、固体放电介质5、自闭合孔7、穿刺装置8、充气装置9和支架10。

驱动装置包括电机1，以及与电机1的电机轴相连的减速机2，减速机2的动力输出轴与搅拌装置4的搅拌主轴连接。

驱动装置和密闭式筒体3固定在支架10上，搅拌装置和固体放电介质5设置在密闭式筒体3内，并且驱动装置的动力输出端与搅拌装置4的转轴固定连接。

自闭合孔7设置在密闭式筒体3上，穿刺装置8设置在密闭式筒体3的外侧，并且穿刺装置8的穿刺部与自闭合孔7相对设置。充气装置9的与密闭式筒体3的进气口相连通。

在动力电池搅拌式高效完全放电装置的使用过程中，通过给料机将动力电池电芯6和固体放电介质5分层分批加入到密闭式筒体3中，添加过程中要注意动力电池电芯6和固体放电介质5的给入方式。一般为先分批给入数个动力电池电芯6，每批只给入4～20个，避免电芯因碰撞造成短路；然后给入一层厚度在10～100mm的固体放电介质5；依次循环，直至填满密闭式筒体3。

动力电池电芯6一般为三元、磷酸铁锂等构造的动力电池，其外形尺寸一般不大于200×100×300mm。

固体放电介质5一般为铁粉、铜粉、碳粉等易导电材质中的一种或多种按照一定比例配置的混合物。

密闭式筒体3一般为机械式高强度紧固型密闭装置，保证筒体确实能够达到密闭状态。密闭式筒体3固定在支架10上，支架10通过地脚螺栓固定在地基和地面上，防止搅拌和穿刺过程中密闭式筒体3转动或振动，辅助实现高效的搅拌混合和穿刺放电。

完成给料后，封闭密闭式筒体3，然后利用充气装置9向密闭式筒体3内部充入一定气体，气体一般为惰性气体或氮气，气体充满标准为密闭式筒体3的排气口与入气口的气体成分组成基本相同。

充气完毕后，启动电机1和减速机2带动搅拌装置4进行低速旋转使密闭式筒体3内部的动力电池电芯6和固体放电介质5进行充分混合、放电一段时间。电机1为大扭矩启动电机，配合完成满载情况下的直接启动。减速机2为平行轴式减速机。

动力电池电芯6与固体放电介质5的混合放电时间一般为2～12小时。

混合放电完成后，电机1停止运转，穿刺装置8通过自闭合孔装置7进入密闭式筒体3内对动力电池电芯6进行穿刺放电，穿刺次数一般为1～3次。

穿刺完成后，启动电机1，再次带动搅拌装置4进行混合，混合时间一般1～6小时，混合完成后，停止电机1，静止一段时间，一般为0.5～3小时。然后放出密闭式筒体3内部动力电池电芯6和固体放电介质5，利用筛分装置回收固体放电介质5，并得到完全放电的动力电池电芯，并注意检查和剔除已经污染的固体放电介质5，未污染的固体放电介质5可进入下一个循环重复利用。

如图2所示，密闭式筒体3固定在支架10上。搅拌装置4包括搅拌主轴41和搅拌轮42，沿搅拌主轴41的轴向，在搅拌主轴41上分布有多层搅拌轮42。

搅拌轮42包括棒式、叶轮式、螺旋式或盘式。搅拌轮42在搅拌主轴41上成均匀布置，并上下分为多层，层数一般为N＝(L-2×50mm)/(5×D)，其中N为层数，L为搅拌主轴41的长度，D为搅拌轮42厚度。穿刺装置8可以从图2中所示的下、右两个方向进行穿刺，以达到覆盖整个密闭式筒体3的目的。

如图3所示，穿刺装置包括穿刺81、护板82、执行机构83、液压装置84和人力辅助接口85。穿刺81设置在护板82的第一侧面，执行机构83和人力辅助接口85设置在护板82的第二侧面，第一侧面和第二侧面相对设置。液压装置84与执行机构83相连接，液压装置84通过执行机构83带动护板82和穿刺81机构沿直线方向上往复运动。

穿刺81水平设置，动力电池搅拌式高效完全放电装置包括两个穿刺装置8，两个穿刺装置8分别对应密闭式筒体3的一个侧面设置，两个穿刺装置8的穿刺81垂直设置。

穿刺81为钢质结构，其通过焊接的方式固定在护板82上。穿刺时，在液压装置84的作用下推动执行机构83带动护板82和穿刺81进行前后运动，使穿刺81进入密闭式筒体3内部进行穿刺运动。人工辅助接口85在液压运动受阻后，通过人工提供辅助外力，其数量一般为4～8个，均布在护板82上。

如图4所示，自闭合孔7包括活动滑块71、磁性吸附装置72、柔性铰接装置73和筒体开孔74。磁性吸附装置72与活动滑块71连接，活动滑块71通过柔性铰接装置73与密闭式筒体3连接，磁性吸附装置72覆盖在筒体开孔74上。

自闭合孔7的作用为在穿刺装置8进出密闭式筒体3前后起到自动闭合作用，防止密闭式筒体3内部的物质和气体大量外泄。当穿刺装置8通过筒体开孔74时，通过顶升力将磁性吸附装置72开启，然后进入密闭式筒体3内部进行穿刺，穿刺完成并退出筒体时，磁性吸附装置72自动吸附在筒体底板31上。磁性吸附装置72通过可活动滑块71和柔性铰接装置73固定在筒体底板31上。

在本实施方式中，还提供了一种动力电池搅拌式高效完全放电方法，其采用如以上所述的动力电池搅拌式完全放电装置，具体的包括以下步骤：

将带电动力电池电芯和固体放电介质放入密闭式筒体；

封闭设备，充入惰性气体或氮气；

待充气完毕之后，以设定速度搅拌混合放电设定时间后对电池电芯进行穿刺，穿刺完毕后，再以设定速度搅拌混合放电设定时间；

放电完毕后，分离电池电芯和固体放电介质，得到完全放电的电芯和固体放电介质。

参照图5所示，为了对上述方法进行进一步的说明，本实施方式还提供了上述方法一种具体实施方式，其所采用的主要步骤包括：

①启动装置；

②带电动力电池电芯和固体放电介质通过振动给料进入搅拌式混合高效完全放电装置；

③封闭设备，充入惰性气体或氮气；

④检测设备充入气体是否完成？

⑤如果否，则跳转至③；如果是，进入下一步；

⑥以一定速度搅拌混合放电一定时间；

⑦穿刺装置动作，动作数次后退出；

⑧以一定速度搅拌混合放电一定时间；

⑨振动筛分，得到完全放电的电芯；无污染的固体放电介质循环利用；

⑩进入下一循环。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种动力电池搅拌式高效完全放电装置，其特征在于，包括驱动装置、密闭式筒体、搅拌装置、固体放电介质、自闭合孔、穿刺装置、充气装置和支架；

所述驱动装置和密闭式筒体固定在支架上；

所述搅拌装置和固体放电介质设置在密闭式筒体内，并且驱动装置的动力输出端与搅拌装置的转轴固定连接；

所述自闭合孔设置在密闭式筒体上，所述穿刺装置设置在密闭式筒体的外侧，并且穿刺装置的穿刺部与自闭合孔相对设置；

所述充气装置与密闭式筒体的进气口相连通。

2.根据权利要求1所述的动力电池搅拌式高效完全放电装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机，以及与电机的电机轴相连的减速机；

所述减速机的动力输出轴与搅拌装置的搅拌主轴连接。

3.根据权利要求1所述的动力电池搅拌式高效完全放电装置，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌主轴和搅拌轮；

沿所述搅拌主轴的轴向，在搅拌主轴上分布有多层搅拌轮。

4.根据权利要求3所述的动力电池搅拌式高效完全放电装置，其特征在于，所述搅拌轮结构包括棒式、叶轮式、螺旋式或盘式。

5.根据权利要求1所述的动力电池搅拌式高效完全放电装置，其特征在于，所述穿刺装置包括穿刺、护板、执行机构、液压装置和人力辅助接口；

所述穿刺设置在护板的第一侧面，所述执行机构和人力辅助接口设置在护板的第二侧面，所述第一侧面和第二侧面相对设置；

所述液压装置与执行机构相连接，液压装置通过执行机构带动护板和穿刺机构沿直线方向上往复运动。

6.根据权利要求5所述的动力电池搅拌式高效完全放电装置，其特征在于，所述穿刺水平设置。

7.根据权利要求5所述的动力电池搅拌式高效完全放电装置，其特征在于，所述动力电池搅拌式高效完全放电装置包括两个穿刺装置，两个穿刺装置分别对应密闭式筒体的一个侧面设置，所述两个穿刺装置的穿刺垂直设置。

8.根据权利要求1所述的动力电池搅拌式高效完全放电装置，其特征在于，所述自闭合孔包括活动滑块、磁性吸附装置、柔性铰接装置和筒体开孔；

所述磁性吸附装置与活动滑块连接，所述活动滑块通过柔性铰接装置与密闭式筒体连接；

所述磁性吸附装置覆盖在筒体开孔上。

9.根据权利要求1所述的动力电池搅拌式高效完全放电装置，其特征在于，所述固体放电介质包括铁粉、铜粉或碳粉中的一种或多种的混合物。

10.一种动力电池搅拌式高效完全放电方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1-9任意一项所述的所述的动力电池搅拌式高效完全放电装置，包括以下步骤：

将带电动力电池电芯和固体放电介质放入密闭式筒体；

封闭设备，充入惰性气体或氮气；

待充气完毕之后，以设定速度搅拌混合放电设定时间后对电池电芯进行穿刺，穿刺完毕后，再以设定速度搅拌混合放电设定时间；

放电完毕后，分离电池电芯和固体放电介质，得到完全放电的电芯和固体放电介质。

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