CN108321454A - 一种锂电池集流体回收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子废弃物回收利用技术领域，公开了一种锂电池集流体回收装置及方法。所述锂电池集流体回收装置包括用于夹持锂电池电芯且能带动锂电池电芯旋转的夹持旋转机构、用于剥离锂电池电芯的集流体且能带动外层集流体展开的剥离展开机构、用于使外层集流体完全展开的滚轴机构以及用于阻挡内层集流体进入滚轴机构的分离机构；夹持旋转机构和分离机构均设于滚轴机构的同一侧，剥离展开机构可移动地穿设于滚轴机构的内部。本发明通过利用夹持旋转机构、剥离展开机构和分离机构的相互配合，使得锂电池电芯的集流体被剥离，同时使得外层集流体与内层集流体能够沿不同路径被回收，实现了正负集流体能够自动化地被单独拆解。

Description

一种锂电池集流体回收装置及方法

技术领域

本发明涉及电子废弃物回收利用技术领域，尤其涉及一种锂电池集流体回收装置及方法。

背景技术

锂电池生产工艺成熟，包装成本较低，电池产品良率较高，具有能量密度高、安全性好、一致性好等优点。随着锂电池的大量应用，锂电池即将迎来一个报废高峰，这些报废的锂电池应该如何处置已成为一个不容小觑的问题。

锂电池的主体部件是电芯，电芯的主体部件是极片，装配时按照正极片-隔膜-负极片-隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池电芯，将电池电芯装入电池外壳内，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成锂电池的装配过程，制成成品电池。而极片的正极和负极均主要为集流体(主要指铜箔和铝箔)，集流体的成本在锂电池整体成本中占据了很大比例，因此，对集流体的分离和回收具有可观的经济效益和社会效益。

锂电池回收过程中易出现电解液泄露及重金属扩散等风险，若人工拆解电池，存在电解液腐蚀人手或吸入HF气体危害身体健康等安全隐患。现阶段废旧锂电池回收主要依靠物理破碎和化学提取，上述回收技术具有能耗高、易产生二次污染、分离回收不彻底等缺陷。

因此，亟待需要一种新型锂电池集流体回收装置及方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池集流体回收装置及方法，以实现正负集流体能够自动化地被单独拆解。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂电池集流体回收装置，集流体包括外层集流体和内层集流体，集流体回收装置包括用于夹持锂电池电芯且能带动锂电池电芯旋转的夹持旋转机构、用于剥离锂电池电芯的集流体且能带动外层集流体展开的剥离展开机构、用于使外层集流体完全展开的滚轴机构以及用于阻挡内层集流体进入滚轴机构的分离机构；

夹持旋转机构和分离机构均设于滚轴机构的同一侧，剥离展开机构可移动地穿设于滚轴机构的内部。

作为优选，还包括用于供给锂电池电芯的上料机构、用于将锂电池电芯由上料机构输送到夹持旋转机构处的传送机构、用于回收剥离后的外层集流体和内层集流体的回收机构以及用于处理集流体回收装置产生的废气和灰尘的尾气处理机构；

上料机构、传送机构、夹持旋转机构、分离机构、滚轴机构和剥离展开机构均位于操作平台上；

回收机构和尾气处理机构均位于操作平台下。

作为优选，上料机构包括振动盘、滑道和滑道支撑架，振动盘和滑道支撑架均设置于操作平台上，振动盘的出料口与滑道的一端连接，滑道的另一端与传送机构连接，滑道支撑架位于滑道下方。

作为优选，夹持旋转机构包括依次连接的水平运动机构、运动连接件、竖直运动机构、夹持气缸、旋转电机和用于夹持锂电池电芯的电芯夹持棒，水平运动机构位于操作平台上，旋转电机带动电芯夹持棒旋转。

作为优选，滚轴机构包括：

下滚轴固定板，其设于操作平台上，且下滚轴固定板上设有下滚轴、下滚轴电机和下滚轴连接板；

上滚轴固定板，其设于下滚轴固定板上，且上滚轴固定板上依次设有上滚轴导轨、上滚轴连接板和上滚轴；

上滚轴位于下滚轴上方，剥离展开机构可移动地穿设于上滚轴和下滚轴之间。

作为优选，剥离展开机构包括依次连接的剥离展开导轨、剥离展开连接件、剥离展开气缸、气缸连接件、气动夹爪和展开手指，剥离展开导轨位于操作平台上，展开手指的端部能抵接至电芯夹持棒夹持的锂电池电芯外侧，配合旋转电机实现集流体的剥离，并带动外层集流体展开，使外层集流体位于上滚轴和下滚轴之间。

作为优选，分离机构包括依次连接的分离固定板、分离导轨、分离导轨连接件和分离手指，分离固定板位于操作平台上，分离手指能抵接至内层集流体处，以阻挡内层集流体进入滚轴机构。

作为优选，回收机构包括：

第一回收箱，其上与操作平台对应的位置处开设有第一回收口，用于回收外层集流体；

第二回收箱，其上与操作平台对应的位置处开设有第二回收口，用于回收内层集流体。

一种锂电池集流体回收方法，包括：

利用夹持旋转机构的电芯夹持棒夹持锂电池电芯并带动锂电池电芯旋转；

使剥离展开机构的展开手指的端部抵接至锂电池电芯外侧，配合夹持旋转机构的旋转电机实现集流体的剥离，并带动外层集流体展开，使外层集流体进入到滚轴机构的上滚轴和下滚轴之间；

使分离机构的分离手指抵接至内层集流体处，以阻挡内层集流体进入滚轴机构。

作为优选，还包括：

利用上料机构和传送机构将锂电池电芯输送至夹持旋转机构处；

利用回收机构回收剥离后的外层集流体和内层集流体；

利用尾气处理机构处理集流体回收装置产生的废气和灰尘。

本发明的有益效果：

1)回收装置结构简单易操作，具备从电芯上料到集流体回收的全部功能，自动化程度较高，可用于多种规格废旧圆柱锂电池集流体回收；

2)回收装置集成度较高，占地面积小，适于工业回收流水线和实验室研究，能够避免人工拆解的安全隐患，提高拆解效率，电芯各部分精细化拆解，有效提高回收纯度；

3)本发明装置各个机构独立，方便进行保养维修及零部件更换；

4)本发明的上料机构，将人工倒入上料机构内的无序电芯自动有序定向排列整齐、准确地输送到下一工序，该结构简单紧凑，成本低，降低劳动强度，提高工作效率；

5)本发明的夹持旋转机构，柔性化设计，精度较高，可对多种规格电芯完成夹持旋转动作；

6)本发明装置密封设计，底部具有回收箱，顶部设有排风口，外连尾气处理装置进行绿色化处理，避免HF废气及粉尘污染环境。

附图说明

图1是本发明提供的锂电池集流体回收装置的结构示意图；

图2是图1中上料机构和传送机构的结构示意图；

图3是图1中夹持旋转机构的结构示意图；

图4是图1中分离机构的结构示意图；

图5是图1中滚轴机构的结构示意图；

图6是图1中剥离展开机构的结构示意图；。

图中：

1、操作平台；2、上料机构；3、传送机构；4、夹持旋转机构；5、分离机构；6、滚轴机构；7、剥离展开机构；8、回收机构；9、尾气处理机构；

21、振动盘；22、滑道；23、滑道支撑架；

41、水平运动机构；42、运动连接件；43、竖直运动机构；44、旋转电机；45、电芯夹持棒；46、锂电池电芯；47、夹持气缸；

51、分离固定板；52、分离导轨；53、分离导轨连接件；54、分离手指；

61、下滚轴固定板；62、下滚轴；63、下滚轴电机；64、下滚轴连接板；65、上滚轴固定板；66、上滚轴导轨；67、上滚轴连接板；68、上滚轴；

71、剥离展开导轨；72、剥离展开连接件；73、剥离展开气缸；74、气缸连接件；75、气动夹爪；76、展开手指。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明提供的一种锂电池集流体回收装置，包括操作平台1和按照锂电池集流体拆解工序依次设置的上料机构2、传送机构3、夹持旋转机构4、分离机构5、滚轴机构6、剥离展开机构7、回收机构8和尾气处理机构9，其中：

如图2所示，上料机构2包括振动盘21、滑道22和滑道支撑架23，振动盘21和滑道支撑架23均设置于操作平台1上，振动盘21的出料口与滑道22的一端连接，滑道22的另一端与传送机构3连接，滑道支撑架23位于滑道22下方。上料机构2用于实现圆柱锂电池电芯46的全自动上料，具体地，人工将散乱的圆柱锂电池电芯46倒入振动盘21内，振动盘21开始工作，将无序的锂电池电芯46自动有序定向排列整齐，经过不断运输，锂电池电芯46经滑道22准确落入传送机构3的U型槽内。

传送机构3可以完成锂电池电芯46的有序运输，其包括传送带支架、传送带及传送动力机构，采用上述传送机构3，将上料机构2运送至传送带上的锂电池电芯46逐个有序地运送至下一工序所需位置(即夹持旋转机构4处)。

如图3所示，夹持旋转机构4包括依次连接的水平运动机构41、运动连接件42、竖直运动机构43、夹持气缸47、旋转电机44和用于夹持锂电池电芯46的电芯夹持棒45，水平运动机构41位于操作平台1上，旋转电机44带动电芯夹持棒45旋转。传送机构3上的锂电池电芯46运动到一定位置时，电芯夹持棒45在水平运动机构41和竖直运动机构43的带动下，分别完成水平方向和竖直方向的运动，然后利用夹持气缸47使两根电芯夹持棒45夹住锂电池电芯46，水平运动机构41和竖直运动机构43将锂电池电芯46运输至所需位置后，电芯夹持棒45在旋转电机44的驱动下，实现锂电池电芯46的旋转。

如图6所示，剥离展开机构7包括依次连接的剥离展开导轨71、剥离展开连接件72、剥离展开气缸73、气缸连接件74、气动夹爪75和展开手指76，剥离展开导轨71位于操作平台1上，展开手指76的端部能抵接至电芯夹持棒45夹持的锂电池电芯46外侧，配合旋转电机44实现集流体的剥离，并带动外层集流体展开，具体地，带动外层集流体和与其相邻的两层隔膜一起展开，使外层集流体和两层隔膜位于上滚轴68和下滚轴62之间。具体地，当夹持旋转机构4实现电芯夹持后，气动夹爪75驱动展开手指76张开，展开手指76在剥离展开机构气缸73的带动下，抵接至锂电池电芯46外侧，顶住锂电池电芯46，旋转电机44带动电芯夹持棒45和锂电池电芯46旋转，此时由于展开手指76的作用，锂电池电芯46的外层被剥离开来，之后展开手指76闭合，夹住剥离开的外层集流体层和两层隔膜，在剥离展开气缸73的作用下，展开手指76夹持外层集流体和两层隔膜穿过滚轴机构6，准备进行集流体完全分离。

如图5所示，滚轴机构6包括下滚轴固定板61和上滚轴固定板65，下滚轴固定板61设于操作平台1上，且下滚轴固定板61上设有下滚轴62、下滚轴电机63和下滚轴连接板64；上滚轴固定板65设于下滚轴固定板61上，且上滚轴固定板65上依次设有上滚轴导轨66、上滚轴连接板67和上滚轴68；上滚轴68位于下滚轴62上方，剥离展开机构7可移动地穿设于上滚轴68和下滚轴62之间。

如图4所示，分离机构5包括依次连接的分离固定板51、分离导轨52、分离导轨连接件53和分离手指54，分离固定板51位于操作平台1上，分离手指54能抵接至内层集流体处，以阻挡内层集流体进入滚轴机构6。

当锂电池电芯46被剥离展开机构7剥离并展开一定长度之后，展开的外层集流体和两层隔膜进入上滚轴68及下滚轴62之间，上滚轴68沿上滚轴导轨66向下运动直至压住外层集流体和两层隔膜，此时剥离展开机构7的展开手指76松开夹持的外层集流体和两层隔膜，下滚轴62在下滚轴电机63的驱动下按一定速度转动，此时外层集流体被不断展开，展开完毕后的外层集流体和两层隔膜进入回收机构8中的第一回收箱(图中未示出)，另外的内层集流体在分离手指54的作用下，进入回收机构8中的第二回收箱(图中未示处)，至此锂电池电芯46拆解完成，集流体实现回收。

具体地，锂电池电芯46拆解及分离过程中挥发产生的HF废气及涂层粉尘由抽气管路(图中未示出)排出，进入尾气处理机构9中，经绿色化处理后排入大气。

本发明还提供了一种锂电池电芯集流体回收方法，具体方法步骤包括：

S10、利用上料机构2和传送机构3将锂电池电芯46输送至夹持旋转机构4处；

S20、利用夹持旋转机构4的电芯夹持棒45夹持锂电池电芯46并带动锂电池电芯46旋转；

S30、使剥离展开机构7的展开手指76的端部抵接至锂电池电芯46外侧，配合夹持旋转机构4的旋转电机44实现集流体的剥离，并带动外层集流体展开，使外层集流体进入到滚轴机构6的上滚轴68和下滚轴62之间；

S40、使分离机构5的分离手指54抵接至内层集流体处，以阻挡内层集流体进入滚轴机构6；

S50、利用回收机构8回收剥离后的外层集流体和内层集流体，具体地，利用第一回收箱回收外层集流体，利用第二回收箱回收内层集流体；

S60、利用尾气处理机构9处理集流体回收装置产生的废气和灰尘。

综上所述，本发明通过利用夹持旋转机构4、剥离展开机构7和分离机构5的相互配合，使得锂电池电芯46的集流体被剥离，同时使得外层集流体与内层集流体能够沿不同路径被回收，实现了正负集流体(即外层集流体和内层集流体)能够自动化地被单独拆解，自动化程度较高，可用于多种规格废旧圆柱锂电池集流体回收。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术用户来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池集流体回收装置，所述集流体包括外层集流体和内层集流体，其特征在于，所述集流体回收装置包括用于夹持锂电池电芯(46)且能带动所述锂电池电芯(46)旋转的夹持旋转机构(4)、用于剥离所述锂电池电芯(46)的集流体且能带动所述外层集流体展开的剥离展开机构(7)、用于使所述外层集流体完全展开的滚轴机构(6)以及用于阻挡所述内层集流体进入所述滚轴机构(6)的分离机构(5)；

所述夹持旋转机构(4)和所述分离机构(5)均设于所述滚轴机构(6)的同一侧，所述剥离展开机构(7)可移动地穿设于所述滚轴机构(6)的内部。

2.根据权利要求1所述的锂电池集流体回收装置，其特征在于，还包括用于供给所述锂电池电芯(46)的上料机构(2)、用于将所述锂电池电芯(46)由所述上料机构(2)输送到所述夹持旋转机构(4)处的传送机构(3)、用于回收剥离后的所述外层集流体和所述内层集流体的回收机构(8)以及用于处理所述集流体回收装置产生的废气和灰尘的尾气处理机构(9)；

所述上料机构(2)、所述传送机构(3)、所述夹持旋转机构(4)、所述分离机构(5)、所述滚轴机构(6)和所述剥离展开机构(7)均位于操作平台(1)上；

所述回收机构(8)和所述尾气处理机构(9)均位于所述操作平台(1)下。

3.根据权利要求2所述的锂电池集流体回收装置，其特征在于，所述上料机构(2)包括振动盘(21)、滑道(22)和滑道支撑架(23)，所述振动盘(21)和所述滑道支撑架(23)均设置于所述操作平台(1)上，所述振动盘(21)的出料口与所述滑道(22)的一端连接，所述滑道(22)的另一端与所述传送机构(3)连接，所述滑道支撑架(23)位于所述滑道(22)下方。

4.根据权利要求2所述的锂电池集流体回收装置，其特征在于，所述夹持旋转机构(4)包括依次连接的水平运动机构(41)、运动连接件(42)、竖直运动机构(43)、夹持气缸(47)、旋转电机(44)和用于夹持所述锂电池电芯(46)的电芯夹持棒(45)，所述水平运动机构(41)位于所述操作平台(1)上，所述旋转电机(44)带动所述电芯夹持棒(45)旋转。

5.根据权利要求4所述的锂电池集流体回收装置，其特征在于，所述滚轴机构(6)包括：

下滚轴固定板(61)，其设于所述操作平台(1)上，且所述下滚轴固定板(61)上设有下滚轴(62)、下滚轴电机(63)和下滚轴连接板(64)；

上滚轴固定板(65)，其设于所述下滚轴固定板(61)上，且所述上滚轴固定板(65)上依次设有上滚轴导轨(66)、上滚轴连接板(67)和上滚轴(68)；

所述上滚轴(68)位于所述下滚轴(62)上方，所述剥离展开机构(7)可移动地穿设于所述上滚轴(68)和所述下滚轴(62)之间。

6.根据权利要求5所述的锂电池集流体回收装置，其特征在于，所述剥离展开机构(7)包括依次连接的剥离展开导轨(71)、剥离展开连接件(72)、剥离展开气缸(73)、气缸连接件(74)、气动夹爪(75)和展开手指(76)，所述剥离展开导轨(71)位于所述操作平台(1)上，所述展开手指(76)的端部能抵接至所述电芯夹持棒(45)夹持的锂电池电芯(46)外侧，配合所述旋转电机(44)实现所述集流体的剥离，并带动所述外层集流体展开，使所述外层集流体位于所述上滚轴(68)和所述下滚轴(62)之间。

7.根据权利要求6所述的锂电池集流体回收装置，其特征在于，所述分离机构(5)包括依次连接的分离固定板(51)、分离导轨(52)、分离导轨连接件(53)和分离手指(54)，所述分离固定板(51)位于所述操作平台(1)上，所述分离手指(54)能抵接至所述内层集流体处，以阻挡所述内层集流体进入所述滚轴机构(6)。

8.根据权利要求2所述的锂电池集流体回收装置，其特征在于，所述回收机构(8)包括：

第一回收箱，其上与所述操作平台(1)对应的位置处开设有第一回收口，用于回收所述外层集流体；

第二回收箱，其上与所述操作平台(1)对应的位置处开设有第二回收口，用于回收所述内层集流体。

9.一种使用权利要求1～8中任一项所述的锂电池集流体回收装置的方法，其特征在于，包括：

利用所述夹持旋转机构(4)的电芯夹持棒(45)夹持锂电池电芯(46)并带动所述锂电池电芯(46)旋转；

使所述剥离展开机构(7)的展开手指(76)的端部抵接至所述锂电池电芯(46)外侧，配合所述夹持旋转机构(4)的旋转电机(44)实现所述集流体的剥离，并带动所述外层集流体展开，使所述外层集流体进入到所述滚轴机构(6)的上滚轴(68)和下滚轴(62)之间；

使所述分离机构(5)的分离手指(54)抵接至所述内层集流体处，以阻挡所述内层集流体进入所述滚轴机构(6)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

利用上料机构(2)和传送机构(3)将所述锂电池电芯(46)输送至所述夹持旋转机构(4)处；

利用回收机构(8)回收剥离后的所述外层集流体和所述内层集流体；

利用尾气处理机构(9)处理所述集流体回收装置产生的废气和灰尘。