一种未注液电极水洗剥离回收工艺及产线的制作方法

本发明涉及未注液电极集流体与黑粉剥离回收利用领域，尤其涉及一种未注液电极水洗剥离回收工艺及产线。

背景技术：

1、锂电池已成为现今动力电池领域的主导产品。锂电池的未注液电极是在集流体上涂覆一层黑粉，黑粉中含镍、钴、锂、铁、石墨等，具有回收价值。正极集流体一般采用铝箔，而纯铝箔表面容易因为氧化而生成一层致密的氧化层导致导电效率大大下降，所以实际加工过程中一般是先对铝箔做一次包碳处理，使铝箔表面包裹一层碳原子，实现铝箔与外部氧气的隔离，增加导电性能。包碳处理一般是采用水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯作为粘结剂，将导电碳粉体粘结在铝箔表面。同时，光滑的纯铝表面与pvdf浆料的浸润性较差，在后期在铝箔表面涂覆黑粉时粘附不佳，包裹碳层后，pvdf可以与多孔的导电碳层形成良好接触，黑粉浆料更容易锚固在碳层表面，提升黑粉涂层与集流体的粘结强度。

2、在锂电池生产的过程中，每个环节都可能产生废品，对于电池的电极而言，其生产过程包括在集流体上涂覆黑粉，然后裹绕成电芯，装配壳体，再注入电解液等，在每个环节之后都会安排质检，如果质检发现质量问题，这批产品就会被作废，对于在注入电解液之前的电极，业内称为未注液电极，由于其还没有接触电解液，所以在回收环节少了很多需要额外分离的物质，理论上从未注液电极上回收的黑粉品质较好。

3、目前，业内还没有单纯针对这种未注液电极产品做定制化的回收设备，对其回收主要还是采用了对废旧电池回收的通用设备，即前面采用机械的撕碎机把未注液电极撕碎，然后采用机械研磨的形式实现集流体与黑粉的剥离，传统工艺存在以下问题：

4、1、机械研磨剥离机，处理正未注液电极时，会将少量铝箔磨碎成粉，混入磷酸铁锂黑粉中，从而增加黑粉的铝含量，降低了黑粉品质，现阶段机械研磨剥离获得的黑粉中铝含量约500ppm～1000ppm，很难达到500ppm以下；磷酸铁锂材料中的铝含量之所以需要严格控制，主要是因为它作为惰性杂质，直接破坏材料的电化学性能，导致电池容量衰减和寿命缩短。

5、铝在电化学体系中是惰性的，不参与能量储存反应。它的存在会占用活性物质比例，直接导致电池的放电比容量大幅减小。同时，铝杂质还会阻碍锂离子的正常脱嵌，增加电池内阻，影响倍率性能。

6、铝会破坏材料结构：在高温烧结等生产工序中，铝杂质可能进入磷酸铁锂晶格或与其反应，生成非电化学活性的杂相（如al2o3或磷酸铝）。这会破坏材料的晶体结构，进一步降低材料的循环稳定性和使用寿命。

7、因此，动力电池行业对铝含量有严格的限制，必须通过复杂的除铝工艺将黑粉中的铝含量降至500ppm以下，才能减少对后续电池性能的不利影响。

8、而处理负未注液电极时，会将少量铜箔磨碎成粉，铜粉混入石墨粉，铜金属难以经济地进一步分离出来，虽然不会像铝那样影响电池的品质，但是会直接导致经济损失。

9、2、机械研磨剥离机研磨过程中难以避免的引入磁性杂质。磷酸铁锂材料中的磁性异物含量被控制在极低水平，目的是为了确保电池绝对安全，磁性异物（如fe、ni、cr等）对电池安全是极大的威胁。其危害路径为：磁性异物混入、在电池充电时溶解、迁移至负极还原成金属枝晶、刺穿隔膜，导致内部短路，引发热失控甚至起火爆炸。因此，必须将其含量控制在极低水平（动力型材料标准要求磁性异物≤3ppm）。而传统的机械研磨剥离工艺由于高速研磨和气力输送，过程中很难控制磁性异物的引入，即便近年来，很多采用贴陶瓷或喷etfe来防护，但是局部位置无法防护到的，也会引入磁性异物，导致黑粉的品质下降，为后续的加工处理带来不便。

10、3、传统的回收方式是使被撕碎的未注液电极相互碰撞，通过纯机械碰撞剥离的方式进行分离，然而粉碎、冲击过程中，铝箔、铜箔可能卷绕成团，将附着在其表面的黑粉裹挟在团内，进而导致对黑粉的回收率偏低，目前业内只能达到80%左右的回收率，难以进一步提升。

11、为此针对未注液电极的回收，需要一种新的工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新的未注液电极水洗剥离回收工艺，以改善或解决如上所述的现有技术中存在的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种未注液电极水洗剥离回收工艺，包括以下步骤：

4、s1、将未注液电极裁切成片状，以便于投入后续设备；

5、s2、采用水洗工艺，对所述未注液电极进行浸泡的同时进行搅拌，使附着在集流体上的黑粉整块脱离；

6、s3、通过筛孔分离脱离的黑粉和集流体，整块脱离的黑粉在搅拌过程中受到水的冲击会被打散破碎，随后可以穿过筛孔，形成黑粉浆料，集流体则被筛孔拦截，继续向前运输；

7、s4、分离后的集流体进入深度清洗机，进行深度的清洗，清洗后的浆液汇入黑粉浆料；被清洗后的集流体压块回收；

8、s5、黑粉浆料经干燥去除水分，完成黑粉与集流体的分离回收。

9、进一步地，在步骤s4之后、s5之前，还设有精过滤环节，用于对黑粉浆料进行精过滤，去除可能存在的集流体碎屑。因为在前面工序中，可能会有些集流体碎屑通过了筛孔，通过精过滤环节可以对这类碎屑进行拦截，避免掺入黑粉中。

10、进一步地，所述精过滤环节是采用孔径0.15mm～0.2mm的微孔过滤器过滤。

11、进一步地，在步骤s2中，所述水洗工艺，采用50℃～80℃的水浸泡未注液电极，并采用设备将未注液电极抄起，释放使其跌落，借助未注液电极间的相互摩擦和跌落撞击，使黑粉和集流体分离。

12、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

13、使用50℃～80℃的水对未注液电极进行浸泡，并辅以搅拌操作，能够破坏黑粉与集流体间的粘结力。水温较高时，剥离效率也会更高。整个过程因无强烈搅拌和碰撞，集流体可维持完整性，被碾成粉状的可能性大大降低，从而减少了回收黑粉中铝或铜的含量，能将铝含量控制在500ppm以内。此外，由于不存在高速旋转碰撞的情况，磁性材料被带入的概率也大幅下降，回收黑粉的质量得以进一步提升。

14、pvdf粘结剂本身并不溶于水，之所以通过热水浸泡可以使铝箔表面的黑粉整体脱落，是因为水洗工艺中，50~80℃温水并非溶解涂层内部 pvdf 粘结剂，而是水分子渗透进入铝基材与导电碳包覆层之间的界面，弱化铝箔与碳包覆层之间的界面结合力，包碳铝箔的铝基材与碳涂层界面结合力并不是共价键，而是依靠物理吸附 + 弱界面作用力结合在一起，所以水分子渗透进入这一界面层后，可以大幅度减弱其结合力，再配合相对柔和的搅拌、跌落撞击带来的机械作用，使得导电碳包覆层连同其上附着的黑粉、pvdf 粘结剂一同整块从铝基材表面剥离。即本方案中，剥离界面位于铝基材与碳包覆层之间，而非黑粉涂层与碳层之间，因此无需溶解 pvdf 即可实现整块脱粉。

15、本发明还提供了一种未注液电极水洗剥离回收产线，用于实现上述未注液电极水洗剥离回收工艺，包括转鼓剥离机、深度清洗机、浓缩过滤组合式离心机及循环水系统；

16、所述转鼓剥离机用于实施水洗工艺，所述深度清洗机用于对初步剥离后的集流体进行深度清洗，进一步回收可能残留在其上的黑粉，提高回收利用率；

17、所述浓缩过滤组合式离心机用于分离黑粉浆料和水，从浓缩过滤组合式离心机排出的黑粉含水量在22%～25%之间；

18、从浓缩过滤组合式离心机排出的黑粉经干燥系统进一步去除水分，将水分降低至2％以下，然后进行后续的固相修复加工。

19、干燥系统包含进料系统、热风系统、干燥塔、产品收集和除尘系统。

20、新鲜空气经过天然气燃烧直接加热，在送风机的作用下通过干燥塔底部进风蜗壳高速进入塔内。

21、需干燥的物料由螺旋输送至干燥塔内部，经底部打散装置搅拌后与高速旋转的热风充分接触，干燥后的粉状物料被热风带着向干燥塔上端移动，不能带走的物料落在干燥塔底部，被底部的粉碎装置再次打碎，物料被迅速分散，物料与热风的接触面积迅速增大。在离心力的作用下，达到干燥程度和一定细度的产品被吹出至后续分级装置，物料在此过程中得到快速干燥。

22、干燥的黑粉与尾气混合排出,经布袋除尘器回收干燥的黑粉，含湿尾气则经引风机通入湿法除尘器进一步除尘后排空，尾气排放满足相关排放指标。

23、所述循环水系统用于提供水洗环节所需的50℃～80℃的水，及时补水以及对水中的胶体进行沉淀清理。循环水系统全程做保温处理，避免热量散失。

24、优选地，所述转鼓剥离机包括机架、筒体、进料装置、托辊装置、出料筒和驱动机构，所述筒体可转动地设置在所述机架上；

25、所述进料装置固定设置在所述机架上，所述进料装置上设有极片投料口和水管入口；

26、所述筒体与所述进料装置经密封件可转动地连接在一起；所述筒体分为剥离区和筛分区；

27、所述剥离区内壁上沿轴向设有若干抄板，用于将位于剥离区内的未注液电极提升至一定高度，获得更好的搅拌效果；

28、所述筛分区内壁上设有若干筛孔，用于将混合有黑粉的浆料与集流体分离；所述剥离区的末端设有出料刮勺；

29、所述剥离区与筛分区交界的端板上设有出料口，所述出料刮勺的一端与所述出料口连接；

30、所述出料筒固定设于所述机架上，且套设在所述筒体筛分区外周，用于对筛分出的浆料进行导向；

31、所述驱动机构用于驱动所述筒体绕轴线旋转。

32、进一步地，所述转鼓剥离机还包括角度调节机构，所述机架设于所述角度调节机构上，所述角度调节机构用于调整所述筒体的倾斜角度。

33、进一步地，所述转鼓剥离机的所述出料筒内部位于所述筒体上方设有喷水管，用于对所述筒体的外表面进行冲刷。

34、进一步地，所述剥离区与所述筛分区之间设有第一缓冲挡环，所述第一缓冲挡环设有缺口，用于对从剥离区进入筛分区的物料进行缓冲和导向，所述剥离区内设有至少一个第二缓冲挡环，相邻所述第二缓冲挡环中，靠近进料口侧的第二缓冲挡环的高度大于靠近出料口侧的第二缓冲挡环的高度。

35、进一步地，每个所述第二缓冲挡环靠近进料口侧设有出料勺子，所述出料勺子圆滑地从筒体内壁延伸至所述第二缓冲挡环顶部，且朝向出料口侧倾斜。

36、本产线的水洗剥离系统，筒体分为剥离区和筛分区，在剥离区设置抄板，通过将裁切到合适尺寸的未注液电极投入到筒体内，并通入热水，借助抄板对投入的未注液电极进行充分搅拌和提升，利用水流的冲击力和未注液电极之间的相互作用，将附着在集流体表面的黑粉有效剥离下来，整个过程相对于传统机械剥离而言轻柔温和很多，避免了金属的集流体卷绕成团裹挟黑粉的问题，显著提高了黑粉的剥离效率和回收率；同时，筛分区设置的筛孔可及时将混合有黑粉的浆料分离出来，经出料筒导向收集，而集流体则通过弧条形导料板排出，实现了黑粉与集流体的有效分离，有助于提升后续黑粉提纯工序的效率和最终黑粉的纯度，为满足行业规模化生产对高纯度黑粉的需求提供了有力支持。