CN115799605A - 一种电池卷芯分离装置及分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池卷芯分离装置及分离方法，属于废旧动力电池资源回收技术领域。本发明包括机架平台，所述的机架平台上设有夹取机构、分离机构、卷绕机构、切割机构；所述的夹取机构用于对卷芯进行夹取并反卷，分离机构对夹取后的卷芯进行分离操作，卷绕机构对分离出来的隔膜进行绕卷操作，切割机构对绕卷后的隔膜进行切割操作；所述的分离机构包括第一分离组件和第二分离组件，第一分离组件对卷芯的第一极片进行分离，第二分离组件对第二极片两侧的隔膜进行分离，最后的分离物掉落至对应的回收箱内。本发明的分离装置，不仅可以提高卷芯的分离效率，还能保证对正负极材料的回收率；同时，还有利于提高后期正负极材料的提取纯度，减少杂质。

Description

一种电池卷芯分离装置及分离方法

技术领域

本发明属于废旧动力电池资源回收技术领域，更具体地说，涉及一种电池卷芯分离装置及分离方法。

背景技术

随着新能源汽车销量爆发式增长，我国将有一大批汽车动力电池退役，动力电池含有锂、镍、钴、锰等重要资源，可提炼出来重复使用，因此废旧动力电池的回收利用势在必行。

单体电池卷芯一般由正极片、内层隔膜、负极片、外层隔膜按顺序叠起来卷绕而成，这些贵重金属资源存在于单体电池卷芯的正极片和负极片中。目前，单体电池回收主要以粗放式的破碎和高温煅烧处理为主，上述回收方式存在自动化水平低、劳动力投入大、二次污染严重、资源回收利用率低等缺点。

经检索，中国专利申请号为201610542460.6的申请案，公开了一种废旧锂离子电池正负极集流体以及隔膜的分离方法及设备。该申请案将废旧锂离子电池卷芯粉碎后的碎片放入到盛水的容器中；在容器内通过搅拌以及打捞分离隔膜以及正负极集流体。该申请案同样是通过粉碎后进行分选，这种回收方法存在杂质含量较高的缺点。

又如，中国专利申请号为202011422671.9的申请案，公开了一种动力锂电池分类回收装置及分类回收方法。该申请案包括架体、设于架体上用于采集单体电池或卷芯图像的采集单元、可移动的连接在所述架体顶端面的抓取单元、绕卷单元、收集单元以及控制单元。该申请案虽然能够通过智能机械化控制卷芯和其他材料反向绕卷，实现正极、负极和隔膜材料的分类回收。但对正极、负极和隔膜材料的分离全部依靠第二抓取装置的第二抓取部来完成，对第二抓取部的抓取精度有着较高的要求。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有的电池卷芯分离设备，自动化程度低、资源回收利用率低的问题，本发明提供一种单体电池卷芯分离装置。采用本发明的技术方案，不仅可将卷芯按物料组成进行分离并回收，自动化程度较高；另外，还能提高单体电池卷芯正极、负极材料的回收率，从而提高后续正、负极材料的提取纯度，减少杂质。

2、技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种电池卷芯分离装置，包括机架平台，所述的机架平台上设有夹取机构、分离机构、卷绕机构、切割机构；所述的夹取机构用于对卷芯进行夹取并反卷，分离机构对夹取后的卷芯进行分离操作，卷绕机构对分离出来的隔膜进行绕卷操作，切割机构对绕卷后的隔膜进行切割操作；所述的分离机构包括第一分离组件和第二分离组件，第一分离组件对卷芯的第一极片进行分离，第二分离组件对第二极片两侧的隔膜进行分离。

进一步地，所述的第一分离组件包括第一滚筒组、第一气缸以及第一吸附件，其中，所述的第一气缸带动第一滚筒组的两个滚筒相互远离或靠近，对四层卷芯进行夹紧并向下输送，第一吸附件位于第一滚筒组的下方，对第一极片进行吸附分离。

进一步地，所述的第二分离组件包括第二滚筒组、第二气缸以及两组第二吸附件，其中，所述的第二气缸带动第二滚筒组的两个滚筒相互远离或靠近，对三层卷芯进行夹紧并向下输送，第二吸附件位于第二滚筒组的下方，分别对第二极片两侧的隔膜进行吸附分离。

进一步地，所述的夹取机构包括夹爪组件，该夹爪组件包括第一连接板以及滑动安装在该第一连接板上的两个第二连接板，其中，两个第二连接板的相对侧设有夹取件，该夹取件连接有第一电机，该第一电机带动夹取件进行转动，以实现卷芯的反卷并展开。

进一步地，所述的夹取机构还包括第一支架以及梁架，其中，所述的第一支架滑动安装在机架平台上，梁架滑动安装在第一支架上，且第一支架的移动方向为水平方向，梁架的移动方向为竖直方向。

进一步地，所述的卷绕机构包括第二电机、以及相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，该第二电机的输出端连接第一齿轮，第二吸附件与第二齿轮相连接，第二电机通过第一齿轮、第二齿轮的传递，带动第二吸附件转动，以完成对分离的隔膜进行卷绕收集。

进一步地，所述的切割机构包括第五气缸，该第五气缸与卷绕机构相连接，第五气缸的输出端连接有划刀，并带动该划刀沿着第二吸附件的轴向移动，使第二吸附件上缠绕的隔膜从第二吸附件上脱落。

进一步地，所述的机架平台上设有第二支架，该第二支架分为上下两层，其中，第一滚筒组中的至少一个滚筒滑动安装在上层支架上，第二滚筒组滑动安装在下层支架上。

进一步地，所述的第一吸附件为吸盘，第二吸附件为负压卷棒，负压卷棒通过旋转接头连接气源，且该负压卷棒上开设有多个吸附孔。

进一步地，还包括回收箱，所述的回收箱设有4个，分别位于卷芯的对应分离物下方。

采用上述的分离装置对电池卷芯进行分离的方法，包括以下步骤：

S1、夹取机构移动至待分离的卷芯上方，夹爪组件下移并对卷芯进行夹取；

S2、夹取机构带动被夹取的卷芯移动至分离机构的上方，第一电机启动，带动卷芯进行反卷；

S3、卷芯下落至第一滚筒组的两个滚筒之间，两个滚筒相互靠近，对卷芯进行夹紧并向下输送，当卷芯下移至第一吸附件时，第一吸附件从侧面对第一极片进行吸附，使得第一极片与卷芯的其它三层分离；

S4、卷芯的另外三层继续下移至第二滚筒组处，第二滚筒组的两个滚动相互靠近，对三层卷芯进行夹紧并向下输送，第二吸附件对两侧的隔膜进行吸附；同时，第二电机启动，带动第二吸附件进行转动，从而对隔膜进行绕卷；

S5、隔膜分离并绕卷结束后，第五气缸启动，带动划刀对绕卷后的隔膜进行切割，使得隔膜从第二吸附件上脱落，并分别进入各自的回收箱内，整个卷芯分离工作结束。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种电池卷芯分离装置，所述的机架上设有夹取机构、分离机构、切割机构以及卷绕机构，该机架下方设有回收箱，其中，所述的夹取机构用于对机架平台上的待分离卷芯进行夹取并反卷，分离机构对夹取后的卷芯各层进行分离操作，卷绕机构对分离出来的隔膜进行绕卷操作，切割机构对绕卷后的隔膜进行切割操作，使其从卷绕机构上脱离，最后被分离的各层落入对应的回收箱中；本发明的分离装置不仅能实现电池卷芯自动化的分离，提高工作效率；另外，无需进行物理破碎或化学处理，在保证正极、负极材料的回收率的同时，还有利于提高后续正、负极材料的提取纯度，减少杂质。

(2)本发明的一种电池卷芯分离装置，通过对第一分离组件具体结构的进一步优化设计，其包括第一滚筒组、第一气缸以及第一吸附件，其中，所述的第一气缸带动第一滚筒组的两个滚筒相互靠近，对四层卷芯进行夹紧并向下输送，随着四层卷芯的不断下移，位于第一滚筒组下方的第一吸附件从侧面对第一极片进行吸附，从而实现对第一极片的分离，第一极片分离结束后自动落入对应的回收箱内。

(3)本发明的一种电池卷芯分离装置，通过对第二分离组件具体结构的进一步优化设计，其包括第二滚筒组、第二气缸以及两组第二吸附件，其中，所述第二气缸带动第二滚筒组的两个滚筒相互靠近，对分离第一极片后的三层卷芯进行夹紧并继续向下输送，位于第二滚筒组下方的第二吸附件，从两侧对三层卷芯上的隔膜进行吸附，实现隔膜与第二极片的分离；同时第三气缸带动整个第二分离组件移动至第二极片回收箱的上方，为第二极片的下落回收做好准备。

(4)本发明的一种电池卷芯分离装置，通过卷绕机构的设置，可对分离的隔膜进行绕卷收集；同时，通过切割机构的配合，对绕卷的隔膜进行径向切割，使其与卷绕机构分离，落入对应的回收箱内。

附图说明

图1为本发明的一种电池卷芯分离装置的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为本发明中夹取机构的结构示意图；

图4为本发明中分离机构的结构示意图；

图5为本发明中卷绕机构及切割机构的结构示意图；

图6为本发明中卷芯的结构示意图。

图中：1、机架平台；11、第一导轨；12、第一滚珠丝杠；13、第二导轨；14、第二支架；

2、夹取机构；21、夹爪组件；211、第一连接板；212、第二连接板；213、夹取件；2131、支撑板；2132、顶针；214、第一电机；

22、第一支架；221、第三导轨；222、第二滚珠丝杠；23、梁架；24、丝杠螺母；

3、分离机构；31、第一分离组件；311、第一滚筒组；312、第一气缸；313、第一吸附件；32、第二分离组件；321、第二滚筒组；322、第二气缸；323、第二吸附件；324、旋转接头；33、第三气缸；

4、卷绕机构；41、第二电机；42、第一齿轮；43、第二齿轮；44、第四气缸；

5、切割机构；51、第五气缸；52、划刀；

6、回收箱；7、卷芯；71、第一极片；72、隔膜；73、第二极片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

本实施例的一种单体电池卷芯分离装置包括机架平台1，所述的机架平台1上设有夹取机构2、分离机构3、卷绕机构4以及切割机构5，该机架平台1下方设有回收箱6。

其中，所述的夹取机构2用于对机架平台1上的卷芯7进行夹取并反卷，分离机构3对反卷后的卷芯各层进行分离操作，卷绕机构4对分离出来的隔膜72进行绕卷操作，切割机构5对绕卷后的隔膜72进行切割操作；所述的回收箱6设有4个，分别用于对不同的分离物进行收集。

本实施例的分离装置不仅能实现电池卷芯自动化的分离，提高工作效率；另外，无需进行物理破碎或化学处理，在保证正极、负极材料的回收率的同时，还有利于提高后续正、负极材料的提取纯度，减少杂质。

参考图6所示，本实施例中的卷芯7由第一极片71、隔膜72、第二极片73、隔膜72按顺序叠并卷绕而成，其中，所述的隔膜72长于电池的极片。

结合图1、图2所示，所述的机架平台1上设有第一导轨11、第一滚珠丝杠12以及第二导轨13。其中，所述的第一导轨11、第二导轨13均沿着机架平台1的长度方向设置。所述的夹取机构2滑动设置在第一导轨11上，所述的卷绕机构4滑动设置在该第二导轨13上，第一滚珠丝杠12连接有驱动电机(图中未示出)。

参考图1、图3所示，所述的夹取机构2包括夹爪组件21、第一支架22以及梁架23，所述第一支架22的底部设有与第一导轨11相配合的滑块(图中为示出)。所述的第一支架22上设有第三导轨221和第二滚珠丝杠222，该第三导轨221的设置方向为竖直方向。其中，所述的梁架23通过丝杠螺母24与第二滚珠丝杠222相连接，且该梁架23上设有与第三导轨221相配合的滑块，第二滚珠丝杠222连接有驱动电机。夹爪组件21设置梁架23上，夹爪组件21首先在第一滚珠丝杠12的带动下，沿着第一导轨11滑动至待分离卷芯7的上方，然后在第二滚珠丝杠222的带动下下移，对分离的卷芯7进行夹取操作。

所述的夹爪组件21包括第一连接板211、第二连接板212以及夹取件213。所述的第二连接板212滑动设置于第一连接板211的底面，且相对设置有两个。两个第二连接板212的相对侧壁上设有夹取件213，两夹取件213相互靠近对卷芯7进行夹取。其中，所述的第一连接板211与第二连接板212滑动连接方式与上述相同，在此不再赘述。

具体到本实施例中，所述的夹取件213包括支撑板2131以及设置在该支撑板2131上的顶针2132，且该支撑板2131连接有第一电机214，第一电机214驱动夹取件213进行旋转，以实现卷芯7的反卷。

所述的分离机构3包括第一分离组件31和第二分离组件32，第一分离组件31对卷芯7的第一极片71进行分离，第二分离组件32对第二极片73两侧的隔膜72进行分离。

具体地，如图4所示，所述的第一分离组件31包括第一滚筒组311、第一气缸312以及第一吸附件313，其中，所述的第一气缸312带动第一滚筒组311的两个滚筒相互远离或靠近，第一吸附件313位于第一滚筒组311的下方，对第一极片71进行吸附分离。

所述的第二分离组件32包括第二滚筒组321、第二气缸322以及两组第二吸附件323，其中，所述第二气缸322带动第二滚筒组321的两个滚筒相互远离或靠近，第二吸附件323位于第二滚筒组321的下方，分别对第二极片73两侧的隔膜72进行吸附分离。

具体到本实施例中，所述的第一吸附件313为吸盘，第二吸附件323为负压卷棒，该负压卷棒的一端设有旋转接头324，通过该旋转接头324连通真空发生器产生负压。且该负压卷棒上开设有多个吸附孔。所述的第一滚筒组311、第二滚筒组321均包括主动滚筒和从动滚筒，其中，所述的主动滚筒为电动滚筒。

参考图1、图4所示，所述的机架平台1上设有第二支架14，该第二支架14有分为上下两层，且上下支架上均设有导轨。其中，所述的第一滚筒组311位于上层支架上，且第一滚筒组311中的主动滚筒连接第一气缸312，该第一气缸312驱动主动辊远离或靠近从动辊。

所述的第二滚筒组321安装在下层支架的导轨上，该第二滚筒组321中的主动滚筒连接有第二气缸322，该第二气缸322驱动主动辊远离或靠近从动辊。另外，该第二滚筒组321连接有第三气缸33，该第三气缸33驱动整个第二滚筒组321沿导轨进行移动。

结合图4、图5所示，所述的卷绕机构4设有两组，分别位于经第二滚筒组321向下输送的卷芯7的两侧。该卷绕机构4包括第二电机41、以及相互啮合的第一齿轮42和第二齿轮43，该第二电机41的输出端连接第一齿轮42，第二吸附件323与第二齿轮43相连接。第二电机41启动通过第一齿轮42、第二齿轮43的传动，带动第二吸附件323转动，从而实现对分离后的隔膜72进行绕卷。另外，该卷绕机构4还连接有第四气缸44，该第四气缸44驱动卷绕机构4沿着第二导轨13进行滑动，从卷芯7的两侧相卷芯7靠近。

所述的切割机构5包括第五气缸51，该第五气缸51与卷绕机构4相连接，第五气缸51的输出端连接有划刀52，该划刀52位于第二吸附件323的下方，且该第五气缸51驱动划刀52沿第二吸附件323的轴向切割。

实施例2

本发明的一种电池卷芯的分离方法，采用实施例1中的分离装置进行电芯的分离，主要包括以下步骤：

首先，将切开塑料薄膜的卷芯7放置在机架平台1上，夹取机构2沿第一导轨11移动至待分离的卷芯7上方，夹爪组件21沿着第二导轨13下移并对卷芯7进行夹取。

然后，夹取机构2带动被夹取的卷芯7移动至分离机构3的上方。此时，第一电机214启动，带动卷芯7进行反卷，并将卷芯7的端部进行展开。展开的卷芯7下落至第一滚筒组311的两个滚筒之间，第一气缸312驱动第一滚筒组311的两个滚筒相互靠近，对卷芯7进行夹紧。第一滚筒组311的主动滚筒向内转动驱动卷芯7往下移动，此时的卷芯7为四层卷芯。当四层卷芯下移至第一吸附件313时，第一吸附件313从侧面对第一极片71进行吸附，使得第一极片71与卷芯7的其它三层分离。且此时的第一极片71位于第一极片回收箱的正上方，当第一极片71分离结束后，在自重作用下落入第一极片回收箱中。

卷芯7的另外三层在第一滚筒组311的驱动下继续下移至第二滚筒组321处，此时，第二气缸322带动第二滚筒组321的两个滚筒相互靠近对三层卷芯进行夹紧，同时第二滚筒组321的主动滚筒向内转动驱动三层卷芯继续下移。同时，第三气缸33带动整个第二滚筒组321移动至第二极片回收箱的上方。

随着三层卷芯的继续下移，第二吸附件323在第四气缸44的驱动下，从两侧向三层卷芯靠近，并对第二极片73两侧的隔膜72进行负压吸附。同时第二电机41启动，带动第二吸附件323进行转动，从而对隔膜72进行绕卷。此时，两侧的隔膜72从三层卷芯中分离，剩下的第二极片73继续向下移动，最终在自身重力的作用下，下落至下方的第二极片回收箱内。

当两侧的隔膜72分离并绕卷结束后，第五气缸51启动，带动划刀52对绕卷后的隔膜72进行轴向切割，使得隔膜72从第二吸附件323上脱落，并分别进入各自的回收箱内，整个卷芯分离工作结束。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池卷芯分离装置，包括机架平台(1)，其特征在于：所述的机架平台(1)上设有夹取机构(2)、分离机构(3)、卷绕机构(4)、切割机构(5)；

所述的夹取机构(2)用于对卷芯(7)进行夹取，分离机构(3)对夹取后的卷芯(7)进行分离操作，卷绕机构(4)对分离出来的隔膜(72)进行绕卷操作，切割机构(5)对绕卷后的隔膜(72)进行切割操作；

所述的分离机构(3)包括第一分离组件(31)和第二分离组件(32)，第一分离组件(31)对卷芯(7)的第一极片(71)进行分离，第二分离组件(32)对第二极片(73)两侧的隔膜(72)进行分离。

2.根据权利要求1所述的一种电池卷芯分离装置，其特征在于：所述的第一分离组件(31)包括第一滚筒组(311)、第一气缸(312)以及第一吸附件(313)，其中，所述的第一气缸(312)带动第一滚筒组(311)的两个滚筒相互远离或靠近，第一吸附件(313)位于第一滚筒组(311)的下方，对第一极片(71)进行吸附分离。

3.根据权利要求2所述的一种电池卷芯分离装置，其特征在于：所述的第二分离组件(32)包括第二滚筒组(321)、第二气缸(322)以及两组第二吸附件(323)，其中，所述的第二气缸(322)带动第二滚筒组(321)的两个滚筒相互远离或靠近，第二吸附件(323)位于第二滚筒组(321)的下方，分别对第二极片(73)两侧的隔膜(72)进行吸附分离。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种电池卷芯分离装置，其特征在于：所述的夹取机构(2)包括夹爪组件(21)，该夹爪组件(21)包括第一连接板(211)以及滑动安装在该第一连接板(211)上的两个第二连接板(212)，其中，两个第二连接板(212)的相对侧设有夹取件(213)，该夹取件(213)连接有第一电机(214)。

5.根据权利要求4所述的一种电池卷芯分离装置，其特征在于：所述的夹取机构(2)还包括第一支架(22)以及梁架(23)，其中，所述的第一支架(22)滑动安装在机架平台(1)上，梁架(23)滑动安装在第一支架(22)上，且第一支架(22)的移动方向为水平方向，梁架(23)的移动方向为竖直方向。

6.根据权利要求5所述的一种电池卷芯分离装置，其特征在于：所述的卷绕机构(4)包括第二电机(41)、以及相互啮合的第一齿轮(42)和第二齿轮(43)，该第二电机(41)的输出端连接第一齿轮(42)，第二吸附件(323)与第二齿轮(43)相连接。

7.根据权利要求6所述的一种电池卷芯分离装置，其特征在于：所述的切割机构(5)包括第五气缸(51)，该第五气缸(51)与卷绕机构(4)相连接，第五气缸(51)的输出端连接有划刀(52)，并带动该划刀(52)沿着第二吸附件(323)的轴向移动。

8.根据权利要求7所述的一种电池卷芯分离装置，其特征在于：所述的机架平台(1)上设有第二支架(14)，该第二支架(14)分为上下两层，其中，第一滚筒组(311)中的至少一个滚筒滑动安装在上层支架上，第二滚筒组(321)滑动安装在下层支架上。

9.根据权利要求8所述的一种电池卷芯分离装置，其特征在于：还包括回收箱(6)，所述的回收箱(6)设有4个，分别位于卷芯(7)的对应分离物下方。

10.一种电池的卷芯分离方法，其特征在于：采用权利要求1-9中任一项所述的分离装置进行，包括以下步骤：

S1、夹取机构(2)移动至待分离的卷芯(7)上方，夹爪组件(21)下移并对卷芯(7)进行夹取；

S2、夹取机构(2)带动被夹取的卷芯(7)移动至分离机构(3)的上方，第一电机(214)启动，带动卷芯(7)进行反卷；

S3、卷芯(7)下落至第一滚筒组(311)的两个滚筒之间，两个滚筒相互靠近，对卷芯(7)进行夹紧并向下输送，当卷芯(7)下移至第一吸附件(313)时，第一吸附件(313)从侧面对第一极片(71)进行吸附，使得第一极片(71)与卷芯(7)的其它三层分离；

S4、卷芯(7)的另外三层继续下移至第二滚筒组(321)处，第二滚筒组的两个滚动靠近，对三层卷芯进行夹紧并向下输送，第二吸附件(323)对两侧的隔膜(72)进行吸附，同时，第二电机(41)启动，带动第二吸附件(323)进行转动，从而对隔膜(72)进行绕卷；

S5、隔膜(72)分离并绕卷结束后，第五气缸(51)启动，带动划刀(52)对绕卷后的隔膜(72)进行切割，使得隔膜(72)从第二吸附件(323)上脱落，并分别进入各自的回收箱内，整个卷芯分离工作结束。

Images