CN107658520B - 一种圆柱锂电池壳芯分离设备及分离电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种圆柱锂电池壳芯分离设备及分离电池的方法，涉及圆柱锂电池回收处理技术领域，包括振动盘，电池传输机构，环切机构，纵切机构和壳芯分拣机构，本发明先通过环切机构对电池外壳进行环切，再通过纵切机构对电池外壳进行纵切，然后通过壳芯分拣机构进行壳芯分离和收集，实现自动拆解分离圆柱锂电池壳芯。本发明中振动盘、电池传输机构、环切机构、纵切机构和壳芯分拣机构均设于封闭外框内，设备生产中可能产生对人体有害的气体的机构全部置于封闭外框内，且设有集屑机构及废气回收机构，大大减少了切割过程中粉尘及废气对工人的危害。
Description
技术领域
本发明涉及圆柱锂电池回收处理技术领域，具体涉及一种圆柱锂电池壳芯分离设备及分离电池的方法。
背景技术
现有的废旧电池处理方式主要有固化深埋、存放于废矿井和资源化回收，大部分废旧电池没有得到有效的处置，将会给自然环境和人类健康带来潜在的威胁。例如其电极材料一旦进入到环境中，电池正极的金属离子、负极的碳粉尘、电解质中的强碱和重金属离子，可能造成重环境污染等。此外，动力电池中含有的金属和电解液会危害人体健康，例如钴元素可能会引起人们肠道紊乱、耳聋、心肌缺血等症状。如果动力电池在其报废之后不能得到有效回收，会造成环境污染和资源浪费。同时，动力电池经过回收处理，可以作为电池生产材料。
圆柱锂电池占废弃动力电池的比例约70～80％，废弃圆柱锂电池外壳和电芯的拆解成为了首要的关键步骤。目前尚没有专门针对废弃圆柱锂电池的壳芯拆解的设备，现有的处置方式有回收囤积和人工拆解。人工拆解不仅需要大量的人力成本而且拆解的浪费量比较大。同时，长时间的接触对工人的健康和安全存在重大隐患。因此，亟需一种自动化的圆柱锂电池壳芯拆解的方案。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种圆柱锂电池壳芯分离设备及分离电池的方法，实现自动拆解分离圆柱锂电池壳芯。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种圆柱锂电池壳芯分离设备：
包括振动盘，电池传输机构，环切机构，纵切机构和壳芯分拣机构，其中：
所述振动盘包括驱动装置、筒形料斗和设于筒形料斗内壁上的上升型螺旋轨道；所述驱动装置驱动所述筒形料斗振动；所述振动盘包括控制器，所述控制器用于调控所述驱动装置驱动所述筒形料斗振动的振幅和频率。
所述电池传输机构包括传输同步带和同步带伺服电机，所述传输同步带依次连接所述振动盘、环切机构和所述纵切机构；
所述环切机构用于环切电池两端外壳。
所述纵切机构用于纵切电池外壳。
所述壳芯分拣机构用于分离电芯和外壳并收集分离的电芯和外壳。
在上述技术方案的基础上，所述振动盘与所述电池传输机构之间设有送料机构，所述送料机构包括压料气缸，第一顶料气缸和第一暂存料仓，所述第一暂存料仓一端连接所述振动盘，另一端连接所述电池传输机构，所述压料气缸用于将所述振动盘输送的电池压入所述第一暂存料仓，所述第一顶料气缸用于将所述第一暂存料仓内的电池顶入所述电池传输机构。
在上述技术方案的基础上，所述振动盘包括控制器，所述控制器用于调控所述驱动装置驱动所述筒形料斗振动的振幅和频率。
在上述技术方案的基础上，所述环切机构包括环切定位装置和环切装置；所述环切定位装置包括环切定位轴承、环切定位气缸和自转同步带，所述环切定位轴承初始位置连接所述传输同步带，所述环切装置设于所述环切定位轴承上方，所述自转同步带设于所述环切定位轴承上方；所述环切定位气缸可驱动所述环切定位轴承上升至所述环切定位轴承上的电池抵持于所述自转同步带；所述环切装置为环切金属锯片。
在上述技术方案的基础上，所述纵切机构包括纵切送料装置和纵切装置；所述纵切送料装置包括第二暂存料仓，第二顶料气缸和纵切滑道，所述第二暂存料仓连接所述传输同步带，所述第二顶料气缸用于将所述第二暂存料仓中的电池顶入所述纵切滑道；所述纵切装置为纵切金属锯片。
在上述技术方案的基础上，所述壳芯分拣机构包括壳芯分离装置和壳芯收集装置；所述壳芯分离装置包括两相对设置的磁铁，分别连接两磁铁的分拣气缸，分别设于磁铁与分拣气缸之间的两块挡板，以及用于抵持于电池顶端的辅助气缸，两所述分拣气缸分别可驱动两所述磁铁靠拢直至抵持住所述辅助气缸固定的电池；所述壳芯收集装置包括电芯滑槽，电芯收集箱，外壳滑槽和外壳收集箱，所述电芯滑槽上部设于两所述挡板下方，所述外壳滑槽上部设于所述辅助气缸下方；所述电芯滑槽末端连接所述电芯收集箱，所述外壳滑槽末端连接所述外壳收集箱。
在上述技术方案的基础上，所述圆柱锂电池壳芯分离设备还包括屯料仓和上料输送机构，所述上料输送机构连接所述屯料仓和所述振动盘。
在上述技术方案的基础上，所述圆柱锂电池壳芯分离设备还包括废气回收机构，所述废气回收机构包括封闭外框，软管和离心风机；所述振动盘、电池传输机构、环切机构、纵切机构和壳芯分拣机构均设于所述封闭外框内；所述软管连接所述封闭外框和所述离心风机。
在上述技术方案的基础上，所述圆柱锂电池壳芯分离设备还包括集屑机构，所述集屑机构包括环切集屑罩和纵切集屑罩，所述环切集屑罩设于所述环切装置上方，所述纵切集屑罩设于所述纵切装置上方。
本发明还公开了一种采用圆柱锂电池壳芯分离设备分离电池的方法：
将电池放入振动盘，通过振动盘振动使电池有序排列输送至所述电池传输机构；
通过电池传输机构将电池传送至所述环切机构，通过所述环切机构对电池两端的外壳进行切割；
通过电池传输机构将电池传送至所述纵切机构，通过所述纵切机构对电池中部的外壳进行切割；
通过壳芯分拣机构分离被所述纵切机构切割后的外壳与电芯，并分别收集切割后的外壳和电芯。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明实现自动拆解分离圆柱锂电池壳芯，电池切割分拣效率为1000～2000Kg/台/天，是人工效率的上百倍，大大降低了电池回收分解的成本。
(2)本发明中振动盘、电池传输机构、环切机构、纵切机构和壳芯分拣机构均设于封闭外框内，设备生产中可能产生对人体有害的气体的机构全部置于封闭外框内，且设有集屑机构及废气回收机构，大大减少了切割过程中粉尘及废气对工人的危害。
(3)本发明先通过环切机构对电池外壳进行环切，再通过纵切机构对电池外壳进行纵切，然后在不切断电芯的状态下通过壳芯分拣机构进行壳芯分离，减少了同时切掉两端外壳电芯再纵切的电芯浪费，提升了回收利用率。
附图说明
图1为本发明实施例中圆柱锂电池壳芯分离设备的立体结构示意图；
图2为本发明实施例中圆柱锂电池壳芯分离设备的去掉封闭外框后内部立体结构示意图；
图3为本发明实施例中圆柱锂电池壳芯分离设备的进料机构的结构示意图；
图4为本发明实施例中圆柱锂电池壳芯分离设备的传输机构的结构示意图；
图5为本发明实施例中圆柱锂电池壳芯分离设备的环切机构的结构示意图；
图6为本发明实施例中圆柱锂电池壳芯分离设备的纵切机构的结构示意图；
图7为本发明实施例中圆柱锂电池壳芯分离设备的壳芯分拣机构的结构示意图。
图中：1-振动盘，11-驱动装置11，12-筒形料斗13-上升型螺旋轨道，2-电池传输机构，21-传输同步带，22-同步带伺服电机，23-可调节档板，3-环切机构，31-环切定位装置，311-环切定位轴承，312-环切定位气缸，313-自转同步带，32-环切装置，4-纵切机构，41-纵切送料装置，411-第二暂存料仓，412-第二顶料气缸，413-纵切滑道，42-纵切装置，5-壳芯分拣机构，51-壳芯分离装置，511-磁铁，512-分拣气缸，513-挡板，514-辅助气缸，52-壳芯收集装置，521-电芯滑槽，522-电芯收集箱，523-外壳滑槽，524-外壳收集箱，6-送料机构，61-压料气缸，62-第一顶料气缸，63-第一暂存料仓，7-屯料仓，8-上料输送机构，9-废气回收机构，91-封闭外框，92-软管，93-离心风机，10-集屑机构，101-环切集屑罩，102-纵切集屑罩。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1和图2所示，本发明实施例提供一种圆柱锂电池壳芯分离设备，包括振动盘1，电池传输机构2，环切机构3，纵切机构4和壳芯分拣机构5，其中：
振动盘1包括驱动装置11、筒形料斗12和设于筒形料斗12内壁上的上升型螺旋轨道13；驱动装置11驱动筒形料斗12振动；振动盘1包括控制器，控制器用于调控驱动装置11驱动筒形料斗12振动的振幅和频率。
参见图3所示，振动盘1与电池传输机构2之间设有送料机构6，送料机构6包括压料气缸61，第一顶料气缸62和第一暂存料仓63，第一暂存料仓63一端连接振动盘1，另一端连接电池传输机构2，压料气缸61用于将振动盘1输送的电池压入第一暂存料仓63，第一顶料气缸62用于将第一暂存料仓63内的电池顶入电池传输机构2。
参见图4所示，电池传输机构2包括传输同步带21和同步带伺服电机22，传输同步带21依次连接振动盘1、环切机构3和纵切机构4；电池传输机构2设有可调节挡板23，用来对电池进行初步定位及运行过程中的限位，防止其滑落。传输同步带21在同步带伺服电机22的驱动下，前行、停止间歇运动。满足电池从第一暂存料仓63到环切机构3再到纵切机构4输送过程。
参见图5所示，环切机构3包括环切定位装置31和环切装置32；环切定位装置31包括环切定位轴承311、环切定位气缸312和自转同步带313，环切定位轴承311初始位置连接传输同步带21，环切装置32设于环切定位轴承311上方，自转同步带313设于环切定位轴承311上方；环切定位气缸312可驱动环切定位轴承311上升至环切定位轴承311上的电池抵持于自转同步带313；环切装置32为环切金属锯片。环切机构3用于环切电池两端外壳。
当电池被输送到环切机构3下方的时候，传输同步带21停止前进，下部环切定位气缸312及机构向上运动，环切定位轴承311托住电池两端，由于环切定位轴承311采用V形排列，与电池接触的瞬间更精确的定位了电池的位置。继续向上，电池中部外表面与自转同步带(外层加防滑胶)接触，自转同步带由步进电机驱动运动，电池自转，继续向上，电池两端与高速旋转的环切金属锯片接触并切割电池外壳厚度之深度，在电池的自转下环切一周。然后环切定位气缸312向下运动，电池重新返回传输同步带21上，传输同步带21继续前行。
参见图6所示，纵切机构4包括纵切送料装置41和纵切装置42；纵切送料装置41包括第二暂存料仓411，第二顶料气缸412和纵切滑道413，第二暂存料仓411连接传输同步带21，第二顶料气缸412用于将第二暂存料仓411中的电池顶入纵切滑道413；纵切装置42为纵切金属锯片。纵切机构4用于纵切电池外壳。
当经过两端环切的电池运行到传输同步带21末端的时候进入第二暂存料仓411，在第二顶料气缸412的作用下，将第二暂存料仓411的电池顶入纵切滑道413，使电池纵向沿滑道前行。纵切滑道413由两件相同的V形不锈钢条左右两瓣组成，中间留有一定宽度间隙，以便纵切金属锯片上下纵向切割电池外壳；当电池在纵切滑道413前行，经过由高速主轴电机驱动旋转的纵切金属锯片时，电池的外壳被纵向切割开。
参见图7所示，壳芯分拣机构5包括壳芯分离装置51和壳芯收集装置52；壳芯分离装置51包括两相对设置的磁铁511，分别连接两磁铁511的分拣气缸512，分别设于磁铁511与分拣气缸512之间的两块挡板513，以及用于抵持于电池顶端的辅助气缸514，两分拣气缸512分别可驱动两磁铁511靠拢直至抵持住辅助气缸514固定的电池；壳芯收集装置52包括电芯滑槽521，电芯收集箱522，外壳滑槽523和外壳收集箱524，电芯滑槽521上部设于两挡板513下方，外壳滑槽523上部设于辅助气缸514下方；电芯滑槽521末端连接电芯收集箱522，外壳滑槽523末端连接外壳收集箱524。壳芯分拣机构5用于分离电芯和外壳并收集分离的电芯和外壳。
纵切滑道413的末端设有壳芯分拣机构5及辅助气缸514来完成对电池外壳及电芯的分离及存放。当纵切完的电池前行部分露出纵切滑道413时，辅助气缸514扶住电池端部，壳芯分拣机构5在两个分拣气缸512的运行下使其端部的条形强力磁铁511与电池外壳接触吸住左右两瓣外壳，电池继续前行，当全部外壳离开纵切滑道413时，分拣气512缸缩回，在缩回的过程中，被非金属的挡板513把分离的电池外壳与磁铁分开，外壳落入外壳收集箱524。同时辅助气缸缩回，电芯落入电芯收集箱522。
圆柱锂电池壳芯分离设备还包括屯料仓7和上料输送机构8，上料输送机构8连接屯料仓7和振动盘1。上料输送机构8包括输送带、机架及提供输送带动力的电机。机架设有可调节装置。输送带高度可以根据实际需要进行调节。
圆柱锂电池壳芯分离设备还包括废气回收机构9，废气回收机构9包括封闭外框91，软管92和离心风机93；振动盘1、电池传输机构2、环切机构3、纵切机构4和壳芯分拣机构5均设于封闭外框91内；软管92连接封闭外框91和离心风机93。
圆柱锂电池壳芯分离设备还包括集屑机构10，集屑机构10包括环切集屑罩101和纵切集屑罩102，环切集屑罩101设于环切装置32上方，纵切集屑罩102设于纵切装置42上方。
本发明实施例还公开了一种采用圆柱锂电池壳芯分离设备分离电池的方法：
将电池放入振动盘1，通过振动盘1振动使电池有序排列输送至电池传输机构2；
通过电池传输机构2将电池传送至环切机构3，通过环切机构3对电池两端的外壳进行切割；
通过电池传输机构将电池传送至纵切机构4，通过纵切机构4对电池中部的外壳进行切割；
通过壳芯分拣机构5分离被纵切机构4切割后的外壳与电芯，并分别收集切割后的外壳和电芯。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种圆柱锂电池壳芯分离设备，其特征在于：
包括振动盘(1)，电池传输机构(2)，环切机构(3)，纵切机构(4)和壳芯分拣机构(5)，其中：
所述振动盘(1)包括驱动装置(11)、筒形料斗(12)和设于筒形料斗(12)内壁上的上升型螺旋轨道(13)；所述驱动装置(11)驱动所述筒形料斗(12)振动；所述振动盘(1)包括控制器，所述控制器用于调控所述驱动装置(11)驱动所述筒形料斗(12)振动的振幅和频率；
所述电池传输机构(2)包括传输同步带(21)和同步带伺服电机(22)，所述传输同步带(21)依次连接所述振动盘(1)、环切机构(3)和所述纵切机构(4)；
所述环切机构(3)用于环切电池两端外壳；
所述纵切机构(4)用于纵切电池外壳；
所述壳芯分拣机构(5)用于分离电芯和外壳并收集分离的电芯和外壳；
所述振动盘(1)与所述电池传输机构(2)之间设有送料机构(6)，所述送料机构(6)包括压料气缸(61)，第一顶料气缸(62)和第一暂存料仓(63)，所述第一暂存料仓(63)一端连接所述振动盘(1)，另一端连接所述电池传输机构(2)，所述压料气缸(61)用于将所述振动盘(1)输送的电池压入所述第一暂存料仓(63)，所述第一顶料气缸(62)用于将所述第一暂存料仓(63)内的电池顶入所述电池传输机构(2)；
所述环切机构(3)包括环切定位装置(31)和环切装置(32)；所述环切定位装置(31)包括环切定位轴承(311)、环切定位气缸(312)和自转同步带(313)，所述环切定位轴承(311)初始位置连接所述传输同步带(21)，所述环切装置(32)设于所述环切定位轴承(311)上方，所述自转同步带(313)设于所述环切定位轴承(311)上方；所述环切定位气缸(312)可驱动所述环切定位轴承(311)上升至所述环切定位轴承(311)上的电池抵持于所述自转同步带(313)；所述环切装置(32)为环切金属锯片。
2.如权利要求1所述的一种圆柱锂电池壳芯分离设备，其特征在于：所述纵切机构(4)包括纵切送料装置(41)和纵切装置(42)；所述纵切送料装置(41)包括第二暂存料仓(411)，第二顶料气缸(412)和纵切滑道(413)，所述第二暂存料仓(411)连接所述传输同步带(21)，所述第二顶料气缸(412)用于将所述第二暂存料仓(411)中的电池顶入所述纵切滑道(413)；所述纵切装置(42)为纵切金属锯片。
3.如权利要求1所述的一种圆柱锂电池壳芯分离设备，其特征在于：所述壳芯分拣机构(5)包括壳芯分离装置(51)和壳芯收集装置(52)；所述壳芯分离装置(51)包括两相对设置的磁铁(511)，分别连接两磁铁(511)的分拣气缸(512)，分别设于磁铁(511)与分拣气缸(512)之间的两块挡板(513)，以及用于抵持于电池顶端的辅助气缸(514)，两所述分拣气缸(512)分别可驱动两所述磁铁(511)靠拢直至抵持住所述辅助气缸(514)固定的电池；所述壳芯收集装置(52)包括电芯滑槽(521)，电芯收集箱(522)，外壳滑槽(523)和外壳收集箱(524)，所述电芯滑槽(521)上部设于两所述挡板(513)下方，所述外壳滑槽(523)上部设于所述辅助气缸(514)下方；所述电芯滑槽(521)末端连接所述电芯收集箱(522)，所述外壳滑槽(523)末端连接所述外壳收集箱(524)。
4.如权利要求1所述的一种圆柱锂电池壳芯分离设备，其特征在于：所述圆柱锂电池壳芯分离设备还包括屯料仓(7)和上料输送机构(8)，所述上料输送机构(8)连接所述屯料仓(7)和所述振动盘(1)。
5.如权利要求1所述的一种圆柱锂电池壳芯分离设备，其特征在于：所述圆柱锂电池壳芯分离设备还包括废气回收机构(9)，所述废气回收机构(9)包括封闭外框(91)，软管(92)和离心风机(93)；所述振动盘(1)、电池传输机构(2)、环切机构(3)、纵切机构(4)和壳芯分拣机构(5)均设于所述封闭外框(91)内；所述软管(92)连接所述封闭外框(91)和所述离心风机(93)。
6.如权利要求2所述的一种圆柱锂电池壳芯分离设备，其特征在于：所述圆柱锂电池壳芯分离设备还包括集屑机构(10)，所述集屑机构(10)包括环切集屑罩(101)和纵切集屑罩(102)，所述环切集屑罩(101)设于所述环切装置(32)上方，所述纵切集屑罩(102)设于所述纵切装置(42)上方。
7.一种采用如权利要求1-6任意一项所述的一种圆柱锂电池壳芯分离设备分离电池的方法，其特征在于：
将电池放入振动盘(1)，通过振动盘(1)振动使电池有序排列输送至所述电池传输机构(2)；
通过电池传输机构(2)将电池传送至所述环切机构(3)，通过所述环切机构(3)对电池两端的外壳进行切割；
通过电池传输机构(2)将电池传送至所述纵切机构(4)，通过所述纵切机构(4)对电池中部的外壳进行切割；
通过壳芯分拣机构(5)分离被所述纵切机构(4)切割后的外壳与电芯，并分别收集切割后的外壳和电芯。
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