CN110611134A - 一种锂电池切割预处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于废旧锂电池回收利用技术领域，公开了一种锂电池切割预处理设备。所述锂电池切割预处理设备包括操作平台和转动设于操作平台上的四工位转盘，还包括围绕转盘且按照拆解工序依次设置的自动上料机构、激光切割器、旋转机构、电芯分离机构、破壳机构和外壳推出机构，转盘设有四个用于固定锂电池的夹持机构。本发明的废旧锂电池拆解装置结构简单紧凑，自动化程度高、操作简便，能够应用于锂电池回收生产线，集自动分选上料、激光切割和自动分离于一体的设备，实现了对锂电池的高效自动拆解，提升工作效率。

Description

一种锂电池切割预处理设备

技术领域

本发明涉及废旧锂电池回收利用技术领域，尤其涉及一种锂电池切割预处理设备。

背景技术

锂电池主要由外壳、正极、负极、隔膜、电解液等组成，其充放电主要依靠锂在正极和负极之间移动来工作。

目前废旧锂电池回收主要有两种方式，一是梯次利用：针对废旧动力电池容量下降到原来70％～80％，其无法在电动汽车上继续使用的电池，此时需进行梯次利用，如继续在其他领域如电力储能、低速电动车或五金工具等作为电源继续使用一定时间；二是拆解回收：主要针对电池容量下降到50％以下，该类电池无法继续使用，只能将电池进行拆解并资源化回收利用。

现阶段废旧锂电池资源化回收利用主要依靠物理分选和化学浸出法，上述回收技术具有能耗高、易产生二次污染、回收率低等缺陷。因此若想回收废旧锂电池中的有价金属，需进行精细化拆解分离，依托智能拆解设备，进行各组分精细拆解，减少对环境的二次伤害，尽可能消除各种安全隐患。

因此，亟待需要一种新型锂电池切割预处理设备来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池切割预处理设备，集自动分选上料、激光切割和自动分离于一体的设备，实现了对锂电池的高效自动拆解。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂电池切割预处理设备，包括操作平台和转动设于操作平台上的四工位转盘，还包括围绕转盘且按照拆解工序依次设置的自动上料机构、激光切割器、旋转机构、电芯分离机构、破壳机构和外壳推出机构，转盘设有四个用于固定锂电池的夹持机构。

作为优选，还包括用于判断锂电池正负极方向和外形尺寸的视觉检测系统，视觉检测系统固设于操作平台上，且位于自动上料机构处。

作为优选，自动上料机构包括：

料仓，其内设有容纳锂电池的空腔，空腔底部设有开口；

电池落料块，其上设有固定锂电池的凹槽，凹槽位于开口下方，且与开口对应；

视觉检测系统位于电池落料块处。

作为优选，自动上料机构还包括固设于操作平台上的上料导向气缸以及与上料导向气缸依次连接的导向连接板、上料气缸和上料机械臂；

料仓与电池落料块同侧设置，且二者均与上料导向气缸隔开设置。

作为优选，夹持机构包括：

旋转台，其转动设于转盘上；

旋转台连接板，其固设于旋转台上；

平行开闭气爪，其与旋转台连接板连接，且平行开闭气爪末端设有用于夹持锂电池的夹持机械臂。

作为优选，旋转机构包括：

旋转机构支撑板，其固设于操作平台上；

旋转机构导轨，其固设于旋转机构支撑板上；

导轨连接板，其滑动设于旋转机构导轨上；

导轨连接板依次设有旋转电机、电机连接板和电池夹爪，电池夹爪的末端设有用于夹持锂电池的夹爪手指。

作为优选，破壳机构包括固设于操作平台上的破壳支撑板以及与破壳支撑板依次连接的破壳导向气缸、破壳连接板和破壳开闭气爪，破壳开闭气爪的末端设有用于撑破锂电池外壳的破壳手指。

作为优选，还包括位于转盘下方的回收机构，转盘上设有多个与回收机构连通的通孔。

作为优选，还包括设于操作平台上方的尾气处理装置。

本发明的有益效果：

1、切割预处理设备结构简单，工艺稳定，具备从分选上料到智能拆解回收的全部功能，可用于多种废旧锂电池回收。设备占地面积小，集成度高，适于锂电池回收生产线和实验室研究，各部分精细化拆解，避免了二次污染，有效提高回收物纯度及综合回收率。

2、自动上料机构能够实现锂电池精准稳定上料，结构简单紧凑，避免使用传送带等增大设备占地面积。

3、视觉检测系统结构简单，模块化且集成度高，通过精确判断电池规格参数及正负极方向为后续工艺提供依据。

4、夹持机构可实现电池方向调整及夹持固定，且夹持机械臂可抓取不同类型规格的锂电池。

5、激光切割电池速度快，粉尘污染小，切割质量好，结构简单，维护成本低，可实现多种类型锂电池切割。

6、旋转机构可实现锂电池夹紧并随激光切割器运动，该结构便于实现电池正负极分离，机械化程度较高。

7、破壳机构可实现黏连状态的电池外壳与电芯分离，易于下一步进行电芯分离操作，该结构简单，成本较低。

8、转盘结构大幅缩短了生产线长度，控制精确，结构简化，设备协调一致性较优，提高拆解效率。

附图说明

图1是本发明专利提供的锂电池切割预处理设备的结构示意图；

图2是图1中的自动上料机构的结构示意图；

图3是图1中的夹持机构的结构示意图；

图4是图1中的旋转机构的结构示意图；

图5是图1中的破壳机构的结构示意图；

图中：

1、操作平台；2、视觉检测系统；3、自动上料机构；4、夹持机构；5、激光切割器；6、旋转机构；7、电芯分离机构；8、破壳机构；9、外壳推出机构；10、转盘；

31、料仓；32、电池落料块；33、上料导向气缸；34、导向连接板；35、上料气缸；36、上料机械臂；

41、旋转台；42、旋转台连接板；43、平行开闭气爪；44、夹持机械臂；

61、旋转机构支撑板；62、旋转机构导轨；63、导轨连接板；64、旋转电机；65、电机连接板；66、电池夹爪；67、夹爪手指；

81、破壳支撑板；82、破壳导向气缸；83、破壳连接板；84、破壳开闭气爪；85、破壳手指。

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，本发明的具体实施方式提供了一种锂电池切割预处理设备，其包括操作平台1和转动设于操作平台1上的四工位转盘10，还包括围绕转盘10且按照拆解工序依次设置的视觉检测系统2、自动上料机构3、激光切割器5、旋转机构6、电芯分离机构7、破壳机构8、外壳推出机构9，转盘10设有四个用于固定锂电池的夹持机构4。工作时，转盘10间歇性旋转，旋转精度高，协调性好，大幅提高生产效率，且工序稳定可靠。具体地，该切割预处理设备还包括设置于操作平台1下方的回收机构(图中未示出)、尾气处理装置(图中未示出)和控制机构(图中未示出)，尾气处理装置设于该切割预处理设备的正上方，包括排气管路及集尘箱；控制机构与上述除回收机构以外的所有机构电连接。尾气处理装置能够实现废气粉尘抽取处理等功能，将设备切割电池产生的HF废气及金属粉尘进行绿色化处理，减小废气及粉尘对环境的影响。控制机构对各个机构进行智能控制，机械化程度高，适于批量化废旧电池回收生产线和实验室研究，避免了人工拆解，提高了生产效率和回收率。

具体地，如图1和图2所示，自动上料机构3包括料仓31、电池落料块32、上料导向气缸33、导向连接板34、上料气缸35和上料机械臂36，用于锂电池间歇分选上料。其中：料仓31及电池落料块32固设于操作平台1上，料仓31内设有容纳锂电池的空腔，空腔底部设有开口，电池落料块32上设有固定锂电池的凹槽，凹槽位于开口下方，且与开口对应，视觉检测系统2位于电池落料块32处。上料导向气缸33设置于操作平台1上，其上固定有导向连接板34，上料气缸35位于于导向连接板34上，且上料气缸35末端固定有上料机械臂36。工作时，转盘10处于第一工位，料仓31中装满人工摆放的锂电池，当自动上料机构3的上料机械臂36处于原位时，料仓31内的电池由开口落入电池落料块32，当上料机械臂36受到上料导向气缸33及上料气缸35的动力推动后，上料机械臂36推动锂电池进入转盘10的夹持机构4内，完成分选上料；之后自动上料机构3复位准备下一次上料。采用自动上料机构3，将人工摆放于料仓31内的电池逐个有序运送至夹持机构4内，该自动上料机构3的结构简单，控制稳定精确、匹配协调性好。随着转盘10转动，可以实现锂电池的自动间歇推出、上料。

具体地，请继续参阅图1，当电池落入电池落料块32内，视觉检测系统2运用CMOS或CCD成像技术对电池一端外形进行扫描，判断出电池正负极方向和外形尺寸，上述信息将作为激光切割的指令依据。

具体地，请参阅图3，夹持机构4包括旋转台41、旋转台连接板42、平行开闭气爪43和夹持机械臂44。其中，旋转台41转动设于转盘10上，旋转台连接板42、平行开闭气爪43、夹持机械臂44依次从下到上连接，其中夹持机械臂44为用于夹持锂电池的结构体。工作时，当锂电池被自动上料机构3推送至夹持机械臂44内，平行开闭气爪43驱动夹持机械臂44闭合，此时夹紧锂电池，转盘10旋转90°，带动电池进入第二工位，若电池方向与控制系统内预先存储的方向信息相反，则旋转台41带动夹持机械臂44旋转180°，使电池正负极方向变换180°。

具体地，请参阅图1和图4，旋转机构6包括旋转机构支撑板61、旋转机构导轨62、导轨连接板63、旋转电机64、电机连接板65、电池夹爪66和夹爪手指67。旋转机构6与激光切割器5共同配合完成电池旋转切割，切割后，旋转机构6能够将切割的电池正负极分离回收。工作时，电池处于第二工位，夹持机构4松开电池，夹爪手指67在旋转机构导轨62上移动至所需位置，在电池夹爪66的驱动下夹紧电池，此时激光切割器5开始工作，旋转电机64带动被夹紧的电池配合激光切割器5旋转运动，完成电池两端环切及电池顶部单侧贯穿切割，完成后，旋转机构6将电池重新放入夹持机械臂44内，且旋转机构6各部件复位。

具体地，请参阅图1和图5，破壳机构8包括破壳支撑板81、破壳导向气缸82、破壳连接板83、破壳开闭气爪84和破壳手指85。该机构可以实现已切割电池的外壳开口增大，进而将外壳与电芯粘连处彻底分离，便于进行电芯分离动作。工作时，电池处于第三工位，破壳导向气缸82驱动破壳手指85向下运动至所需位置，破壳开闭气爪84带动破壳手指85打开，使纵向贯穿切割的电池外壳开口增大，然后在电芯分离机构7的作用下，电芯被推至转盘10上的通孔内进而被推至回收机构中，电芯分离机构7复位后，破壳机构8各部件复位，准备下一次动作。

请继续参阅图1，电芯分离回收完成后，转盘10旋转90°，使电池运动至第四工位，此时夹持机构4内还有电池外壳，夹持机构4驱动夹持机械臂44打开，外壳分离机构9将电池外壳推至回收机构，外壳分离机构9复位，转盘10再转动90°进入原位。回收机构(图中未示出)则位于操作平台1的下方，具体地，位于转盘10的下方，用于盛放电池正负极、电芯及电池外壳。电池切割及分离过程中挥发产生的HF废气及金属粉尘由设备顶部的抽气管路排出，进入尾气处理装置(图中未示出)，经绿色化处理后排入大气。

综上所述，本发明工作原理为：工作时，人工将废旧锂电池放入料仓31，上料机械臂36在动力源驱动下，将电池落料块32上的电池推入转盘10上的夹持机构4的夹持机械臂44内，夹持机械臂44闭合夹紧电池，转盘10转动90°，电池进入第二工位；夹持机械臂44打开，夹爪手指67在旋转机构导轨62上直线运动至所需位置，电池夹爪66驱动夹爪手指67闭合并夹紧电池，旋转机构6带动电池移动至一定位置，激光切割器5开始工作，旋转机构6的旋转电机64带动电池旋转，激光切割器5不断发射能量完成电池正负极两端环切，之后对电池顶部进行直线切割，使电池电芯露出，旋转机构6将电池重新放入夹持机构4内，夹爪手指67松开电池，夹持机械臂44闭合夹紧电池，转盘10转动90°，电池进入第三工位；破壳导向气缸82带动破壳手指85向下运动至所需位置，破壳开闭气爪84驱动破壳手指85打开，将已有切缝的电池撑开，电芯分离机构7的推杆将电芯推出至回收机构，破壳机构8各部件复位，转盘10转动90°，电池进入第四工位；外壳推出机构9的推杆在气缸的驱动下将剩余的电池外壳推出回收，转盘10转动90°进入原位。在此拆解过程中，设备顶部设置排风管路，抽取其中的废气，经废气处理装置绿色化处理后再排入大气。

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 (9)

1.一种锂电池切割预处理设备，其特征在于，包括操作平台(1)和转动设于所述操作平台(1)上的四工位转盘(10)，还包括围绕所述转盘(10)且按照拆解工序依次设置的自动上料机构(3)、激光切割器(5)、旋转机构(6)、电芯分离机构(7)、破壳机构(8)和外壳推出机构(9)，所述转盘(10)设有四个用于固定锂电池的夹持机构(4)。

2.根据权利要求1所述的锂电池切割预处理设备，其特征在于，还包括用于判断锂电池正负极方向和外形尺寸的视觉检测系统(2)，所述视觉检测系统(2)固设于所述操作平台(1)上，且位于所述自动上料机构(3)处。

3.根据权利要求2所述的锂电池切割预处理设备，其特征在于，所述自动上料机构(3)包括：

料仓(31)，其内设有容纳锂电池的空腔，所述空腔底部设有开口；

电池落料块(32)，其上设有固定锂电池的凹槽，所述凹槽位于所述开口下方，且与所述开口对应；

所述视觉检测系统(2)位于所述电池落料块(32)处。

4.根据权利要求3所述的锂电池切割预处理设备，其特征在于，所述自动上料机构(3)还包括固设于所述操作平台(1)上的上料导向气缸(33)以及与所述上料导向气缸(33)依次连接的导向连接板(34)、上料气缸(35)和上料机械臂(36)；

所述料仓(31)与所述电池落料块(32)同侧设置，且二者均与所述上料导向气缸(33)隔开设置。

5.根据权利要求1所述的锂电池切割预处理设备，其特征在于，所述夹持机构(4)包括：

旋转台(41)，其转动设于所述转盘(10)上；

旋转台连接板(42)，其固设于所述旋转台(41)上；

平行开闭气爪(43)，其与所述旋转台连接板(42)连接，且所述平行开闭气爪(43)末端设有用于夹持锂电池的夹持机械臂(44)。

6.根据权利要求1所述的锂电池切割预处理设备，其特征在于，所述旋转机构(6)包括：

旋转机构支撑板(61)，其固设于所述操作平台(1)上；

旋转机构导轨(62)，其固设于所述旋转机构支撑板(61)上；

导轨连接板(63)，其滑动设于所述旋转机构导轨(62)上；

所述导轨连接板(63)上依次设有旋转电机(64)、电机连接板(65)和电池夹爪(66)，所述电池夹爪(66)的末端设有用于夹持锂电池的夹爪手指(67)。

7.根据权利要求2所述的锂电池切割预处理设备，其特征在于，所述破壳机构(8)包括固设于所述操作平台(1)上的破壳支撑板(81)以及与所述破壳支撑板(81)依次连接的破壳导向气缸(82)、破壳连接板(83)和破壳开闭气爪(84)，所述破壳开闭气爪(84)的末端设有用于撑破锂电池外壳的破壳手指(85)。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的锂电池切割预处理设备，其特征在于，还包括位于所述转盘(10)下方的回收机构，所述转盘(10)上设有多个与所述回收机构连通的通孔。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的锂电池切割预处理设备，其特征在于，还包括设于所述操作平台(1)上方的尾气处理装置。