CN106424929A - 废旧锂离子动力电池的切割分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废旧锂离子动力电池的切割分离装置，其特征是：设置沿线体纵向移动的运载小车；废旧锂离子动力电池装具在运载小车上，并且两端头凸出；沿线体依次设置装夹位、切割位和分离位；废旧锂离子动力电池随运载小车在切割位上完成两端切割，并在分离位上实现电芯与铝壳的分离。本发明实现了废旧锂离子动力电池的批量拆解，适用于磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元材料等多种锂电池的拆解回收，能够满足大规模回收的产业化需求。

Description

废旧锂离子动力电池的切割分离装置
技术领域
本发明涉及废旧电池的回收再利用，更具体地说是一种汽车用废旧锂离子动力电池的拆解工艺与切割分离装置。
背景技术
随着新能源电动汽车及其相关产业的迅速发展，锂离子动力电池作为高性能的绿色电源，产销量迅速增长，应用日益广泛。目前锂离子动力电池的正极材料主要有磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂等，其中磷酸铁锂(LiFePO4)由于价格低廉、循环性能好、理论比容量高(170mAh/g)、热稳定性能优越、安全可靠等优点，广泛应用于电动车辆、混合动力电动车等领域。但是由于循环寿命有限，锂离子动力电池大量报废，势必造成资源的巨大浪费和环境的严重污染。因此回收利用废旧磷酸铁锂动力电池可以节约资源、保护环境，实现可持续发展，具有重要意义。
目前，废旧锂离子动力电池的回收方法有物理法和化学法。无论采用哪种方法，都需要对废旧锂电池进行拆解作为预处理。例如废旧磷酸铁锂电池片是由外部铝壳封装的，目前采用手工拆解方法或借助电锯等常用机械设备进行切割，将铝壳切开，实现内部电芯和铝壳分离。虽然拆解工艺简单易行，但是废旧锂电池的装夹、切割、拆解与分离等步骤基本靠人工操作完成，因此不仅人工成本较高、回收效率低下，而且危险系数大、不能满足大规模回收的产业化需求。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种成本低、效率高、安全性好的废废旧锂离子动力电池的切割分离装置，以满足大规模拆解工艺需要，并实现产业化。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明废旧锂离子动力电池的切割分离装置的结构特点是：
在线体的台面上沿线体纵向设置一对平行导轨，配套设置的运载小车支承在平行导轨上，并能沿平行导轨行进；
所述运载小车是在小车平台上、位于两侧边分别设置夹具，小车平台的宽度小于废旧锂离子动力电池的长度，将所述废旧锂离子动力电池利用夹具夹装在小车平台上，使废旧锂离子动力电池的两端头均凸出于小车平台的侧边，以利切割；
沿所述线体设置有三个工位，所述三个工位顺着运载小车的走向依次是装夹位、切割位和分离位；
在所述装夹位上，位于线体一侧设置定位机构，利用定位机构使废旧锂离子动力电池在小车平台上获得横向定位，并完成装夹；
在所述切割位上，位于线体两侧对称设置切割机构，所述切割机构是采用圆形锯刀片，由主轴电机驱动旋转，同时沿纵向直线进给实现对废旧锂离子动力电池两端头的切割；
在所述分离位上，位于线体的一侧设置分离机构，所述分离机构具有可横向移动的推杆，利用推杆将废旧锂离子动力电池中的电芯进行横向推移，实现废旧锂离子动力电池中电芯与铝壳的分离。
本发明废旧锂离子动力电池的切割分离装置的结构特点也在于：所述定位机构是在定位支架上利用角铁固定安装一对竖向定位销，使废旧锂离子动力电池的一端抵于竖向定位销获得横向定位；所述角铁是利用角铁通槽和角铁螺栓紧固在定位支架上，设置所述角铁通槽是为横向长槽，利用横向长槽能够使竖向定位销调整在设定的横向位置上。
本发明废旧锂离子动力电池的切割分离装置的结构特点也在于：所述切割机构是在位于线体两侧的底座上安装纵向滑台，另有横向滑台设置在所述纵向滑台上，纵向进给电机用于驱动横向滑台沿纵向滑台移动，实现圆形锯刀片的纵向进给；横向进给电机用于驱动主轴箱沿横向滑台移动，实现圆形锯刀片的横向进给；主轴电机与主轴箱共同设置在横向滑台上，主轴电机通过主轴箱驱动圆形锯刀片高速旋转。
本发明废旧锂离子动力电池的切割分离装置的结构特点也在于：所述分离机构是在位于线体一侧的支撑平台上固定安装气缸，所述推杆固定设置在气缸的活塞杆杆端，利用气缸驱动推杆的横向推移。
本发明废旧锂离子动力电池的切割分离装置的结构特点也在于：在所述小车平台上，位于废旧锂离子动力电池的背侧边设置有圆柱销，使装夹在小车平台上的废旧锂离子动力电池的背侧边抵于圆柱销获得纵向定位。
本发明废旧锂离子动力电池的切割分离装置的结构特点也在于：一次装夹在小车平台上的多片废旧锂离子动力电池为相同尺寸，相同尺寸的多片废旧锂离子动力电池以一端抵于一对竖向定位销获得端部定位，并以背侧边抵于圆柱销实现侧边定位。
本发明废旧锂离子动力电池的切割分离装置的结构特点也在于：在所述分离位中，位于线体的两侧分别设置有限位机构，所述限位机构是在限位支架上利用限位座安装有限位销，装夹在小车平台上的废旧锂离子动力电池是以前侧边抵于限位销获得限位；所述限位座是利用限位座通槽和限位座螺栓紧固在限位支架上，所述限位座通槽为纵向长槽，利用纵向长槽能够调整限位销的纵向位置。
本发明废旧锂离子动力电池的切割分离装置的结构特点也在于：针对呈长方形的废旧锂离子动力电池，在所述夹具上设置平板状浮动压块，利用所述平板状浮动压块实现对废旧锂离子动力电池的压装。
本发明废旧锂离子动力电池的切割分离装置的结构特点也在于：针对圆柱状废旧锂离子动力电池，在所述夹具上设置浮动V形块，并有与所述浮动V形块处在相应位置上的固定V形块，利用所述浮动V形块和固定V形块对所述圆柱状废旧锂离子动力电池以上下合抱的形式形成夹持。
本发明能够用于实现废旧锂离子动力电池成批量的切割拆解，适用于磷酸铁锂、锰酸锂、钛酸锂、钴酸锂、三元材料等多种锂电池的拆解回收，能够满足大规模回收的产业化需求。本发明有益效果体现在：
1、本发明采用流水线的形式布置装夹位、切割位和分离位，整个工序顺畅，能够满足大规模回收的产业化需求，实现自动化作业。
2、本发明利用小车平台一次夹装多片磷酸铁锂电池，切割方向与位置准确，效率高；能够满足多种不同规格尺寸的动力电池的需求；
3、本发明中切割和分离过程安全可靠，危害性很小；
附图说明
图1为本发明中废旧锂离子动力电池切割分离装置的主视示意图；
图2是本发明中废旧锂离子动力电池切割分离装置的俯视示意图；
图3为本发明中用于装夹长方形废旧锂离子动力电池的夹具结构示意图；
图4为本发明中用于装夹圆柱形废旧锂离子动力电池的夹具结构示意图；
图中标号：1定位机构；2夹具；3定位支架；4角铁；5角铁通槽；6角铁螺栓；7竖向定位销；8废旧锂离子动力电池；9小车平台；10圆柱销；11压板；12平板状浮动压块；13弹簧；14螺杆；15压紧螺母；16平行导轨；17滚轮；18锁紧螺母；19切割机构；20底座；21纵向滑台；22纵向进给电机；23横向滑台；24横向进给电机；25主轴箱；26圆形锯刀片；27主轴电机；28限位机构；29限位支架；30限位座；31限位座通槽；32限位座螺栓；33限位销；34支撑平台；35气缸；36推杆；37储存箱；38切割标志线；39锁定螺母；40球面垫圈；41圆柱状废旧锂离子动力电池；42浮动V形块；43固定V形块。
具体实施方式
本实施例中废旧锂离子动力电池的切割分离装置的结构设置为：
如图1和图2所示，在线体的台面上沿线体纵向设置一对平行导轨16，配套设置的运载小车支承在平行导轨16上，并能沿平行导轨16行进；运载小车是在小车平台9上、位于两侧边分别设置夹具2，设置小车平台9的宽度小于废旧锂离子动力电池8的长度，将废旧锂离子动力电池8利用夹具2压装在小车平台9上，使废旧锂离子动力电池8的两端头分别凸出于小车平台9的侧边，预留切割空间以利切割；沿线体设置有三个工位，三个工位顺着运载小车的走向依次是装夹位、切割位和分离位。
如图1、图2所示，在装夹位上，位于线体一侧设置定位机构1，利用定位机构1使废旧锂离子动力电池8在小车平台上获得横向定位，并完成装夹；为了避免切割到内部电芯，在废旧锂离子动力电池8的两端作出切割标志线38，用作调整定位机构1的参考线。
如图1和图2所示，在切割位上，位于线体两侧对称设置切割机构19，切割机构19是采用圆形锯刀片26，由主轴电机27驱动旋转，同时沿纵向直线进给实现对废旧锂离子动力电池8两端头的切割；在分离位上，位于线体的一侧设置分离机构，分离机构具有可横向移动的推杆36，利用推杆36将废旧锂离子动力电池8中的电芯进行横向推移，实现废旧锂离子动力电池8中电芯与铝壳的分离。
具体实施中，相应的结构设置也包括：
如图1和图2所示，定位机构1是在定位支架3上利用角铁4固定安装一对竖向定位销7，使废旧锂离子动力电池8的一端抵于竖向定位销7获得横向定位；角铁4是利用角铁通槽5和角铁螺栓6紧固在定位支架3上，设置角铁通槽5是为横向长槽，利用横向长槽能够使竖向定位销7调整在设定的横向位置上。
如图1和图2所示，切割机构19是在位于线体两侧的底座20上安装纵向滑台21，另有横向滑台23设置在纵向滑台21上，纵向进给电机22用于驱动横向滑台23沿纵向滑台21移动，实现圆形锯刀片26的纵向进给；横向进给电机24用于驱动主轴箱25沿横向滑台23移动，实现圆形锯刀片26的横向进给；主轴电机27与主轴箱25共同设置在横向滑台23上，主轴电机27通过主轴箱25驱动圆形锯刀片26高速旋转。
如图1和图2所示，分离机构是在位于线体一侧的支撑平台34上固定安装气缸35，推杆36固定设置在气缸35的活塞杆杆端，利用气缸35驱动推杆36的横向推移，由推杆36推动被切割后的废旧锂离子动力电池的内部电芯，使电芯与铝壳体分离，并落料在侧部储存箱37中，如果不能完全分离，可以辅助使用虎钳等工具将电芯从铝壳体中取出。
如图1和图2所示，在小车平台9上，位于废旧锂离子动力电池8的背侧边设置有圆柱销10，使装夹在小车平台9上的废旧锂离子动力电池8的背侧边抵于圆柱销10获得纵向定位，废旧锂离子动力电池8有两个侧边，纵向定位所用的背侧边是指背着小车平台9走向的一侧。
如图1和图2所示，一次装夹在小车平台9上的多片废旧锂离子动力电池8为相同尺寸，相同尺寸的多片废旧锂离子动力电池8以一端抵于一对竖向定位销7获得端部定位，并以一侧边抵于圆柱销10实现侧边定位。
如图1和图2所示，在分离位中，位于线体的两侧分别设置有限位机构28，限位机构28是在限位支架29上利用限位座30安装有限位销33，装夹在小车平台上的废旧锂离子动力电池8是以前侧边抵于限位销33获得限位；在限位座30是利用限位座通槽31和限位座螺栓32紧固在限位支架29上，设置限位座通槽31为纵向长槽，利用纵向长槽能够调整限位销33在设定的纵向位置上。
小车平台9可以采用手动、电动或链传动等多种传动方式，本实施例中采用手动操作，小车平台9的底部安装滚轮17，利用滚轮17在平行导轨16上滚动行走，在小车平台9沿着平行导轨16运动到切割位置时，通过平行导轨16两侧的锁紧螺母18将小车平台9锁紧；当切割完成后，小车平台9运动到平行导轨两侧的限位机构28时获得阻挡而停止。
如图3所示，针对呈长方形的废旧锂离子动力电池8，在夹具2上设置平板状浮动压块12，利用平板状浮动压块12实现对废旧锂离子动力电池8的压装。
如图4所示，针对圆柱状废旧锂离子动力电池41，在夹具2上设置浮动V形块42，并有与浮动V形块42处在相应位置上的固定V形块43，利用浮动V形块42和固定V形块43对圆柱状废旧锂离子动力电池41以上下合抱的形式形成夹持。
如图3和图4示出，夹具2中的螺杆14高度可调，完成调整之后由锁定螺母39锁定；螺杆14上套有弹簧13，用于支撑压板11；平板状浮动压块12和浮动V形块42可更换地安装在压板11上，两个压紧点位置分别靠近废旧锂离子动力电池的两个端头；压紧螺母15压装在球面垫圈40上，用于锁紧压板11。
废旧磷酸铁锂电池内部电芯与铝壳体之间存在有一定间隙，因此夹具的夹紧力应该合适，以免铝壳体变形。
本发明适用于磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元材料等多种锂电池的拆解回收，在进行拆解之前，必须利用对电池进行放电处理，使其充分放电，以保证拆解过程安全。

Claims (9)

1.一种废旧锂离子动力电池的切割分离装置，其特征是：
在线体的台面上沿线体纵向设置一对平行导轨(16)，配套设置的运载小车支承在平行导轨(16)上，并能沿平行导轨(16)行进；
所述运载小车是在小车平台(9)上、位于两侧边分别设置夹具(2)，小车平台(9)的宽度小于废旧锂离子动力电池(8)的长度，将所述废旧锂离子动力电池(8)利用夹具(2)夹装在小车平台(9)上，使废旧锂离子动力电池(8)的两端头均凸出于小车平台(9)的侧边，以利切割；
沿所述线体设置有三个工位，所述三个工位顺着运载小车的走向依次是装夹位、切割位和分离位；
在所述装夹位上，位于线体一侧设置定位机构(1)，利用定位机构(1)使废旧锂离子动力电池(8)在小车平台上获得横向定位，并完成装夹；
在所述切割位上，位于线体两侧对称设置切割机构(19)，所述切割机构(19)是采用圆形锯刀片(26)，由主轴电机(27)驱动旋转，同时沿纵向直线进给实现对废旧锂离子动力电池(8)两端头的切割；
在所述分离位上，位于线体的一侧设置分离机构，所述分离机构具有可横向移动的推杆(36)，利用推杆(36)将废旧锂离子动力电池(8)中的电芯进行横向推移，实现废旧锂离子动力电池(8)中电芯与铝壳的分离。
2.根据权利要求1所述的废旧锂离子动力电池的切割分离装置，其特征是：所述定位机构(1)是在定位支架(3)上利用角铁(4)固定安装一对竖向定位销(7)，使废旧锂离子动力电池(8)的一端抵于竖向定位销(7)获得横向定位；所述角铁(4)是利用角铁通槽(5)和角铁螺栓(6)紧固在定位支架(3)上，设置所述角铁通槽(5)是为横向长槽，利用横向长槽能够使竖向定位销(7)调整在设定的横向位置上。
3.根据权利要求1所述的废旧锂离子动力电池的切割分离装置，其特征是：所述切割机构(19)是在位于线体两侧的底座(20)上安装纵向滑台(21)，另有横向滑台(23)设置在所述纵向滑台(21)上，纵向进给电机(22)用于驱动横向滑台(23)沿纵向滑台(21)移动，实现圆形锯刀片(26)的纵向进给；横向进给电机(24)用于驱动主轴箱(25)沿横向滑台(23)移动，实现圆形锯刀片(26)的横向进给；主轴电机(27)与主轴箱(25)共同设置在横向滑台(23)上，主轴电机(27)通过主轴箱(25)驱动圆形锯刀片(26)高速旋转。
4.根据权利要求1所述的废旧锂离子动力电池的切割分离装置，其特征是：所述分离机构是在位于线体一侧的支撑平台(34)上固定安装气缸(35)，所述推杆(36)固定设置在气缸(35)的活塞杆杆端，利用气缸(35)驱动推杆(36)的横向推移。
5.根据权利要求1所述的废旧锂离子动力电池的切割分离装置，其特征是：在所述小车平台(9)上，位于废旧锂离子动力电池(8)的背侧边设置有圆柱销(10)，使装夹在小车平台(9)上的废旧锂离子动力电池(8)的背侧边抵于圆柱销(10)获得纵向定位。
6.根据权利要求5所述的废旧锂离子动力电池的切割分离装置，其特征是：一次装夹在小车平台(9)上的多片废旧锂离子动力电池(8)为相同尺寸，相同尺寸的多片废旧锂离子动力电池(8)以一端抵于一对竖向定位销(7)获得端部定位，并以背侧边抵于圆柱销10实现侧边定位。
7.根据权利要求1所述的废旧锂离子动力电池的切割分离装置，其特征是：在所述分离位中，位于线体的两侧分别设置有限位机构(28)，所述限位机构(28)是在限位支架(29)上利用限位座(30)安装有限位销(33)，装夹在小车平台上的废旧锂离子动力电池(8)是以前侧边抵于限位销(33)获得限位；所述限位座(30)是利用限位座通槽(31)和限位座螺栓(32)紧固在限位支架(29)上，所述限位座通槽(31)为纵向长槽，利用纵向长槽能够调整限位销(33)的纵向位置。
8.根据权利要求1所述的废旧锂离子动力电池的切割分离装置，其特征是：针对呈长方形的废旧锂离子动力电池(8)，在所述夹具(2)上设置平板状浮动压块(12)，利用所述平板状浮动压块(12)实现对废旧锂离子动力电池(8)的压装。
9.根据权利要求1所述的废旧锂离子动力电池的切割分离装置，其特征是：针对圆柱状废旧锂离子动力电池(41)，在所述夹具(2)上设置浮动V形块(42)，并有与所述浮动V形块(42)处在相应位置上的固定V形块(43)，利用所述浮动V形块(42)和固定V形块(43)对所述圆柱状废旧锂离子动力电池(41)以上下合抱的形式形成夹持。
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