CN116207386A - 一种动力电池卷芯的分离工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池卷芯的分离工艺，属于废旧锂离子动力电池处理领域。其包括以下步骤，S1、将卷芯最外层的薄膜从中间切开，并将切开的薄膜向两侧展开；S2、对卷芯的卷绕方向进行辨别；S3、将卷芯夹取，并根据步骤S2中得到的卷芯绕向，对卷芯进行反卷；S4、在卷芯反卷过程中，对卷芯的正极片、隔膜以及负极片进行分离；其中，步骤S3具体操作为，对展开的一侧薄膜进行压紧限位，同时，从同侧对卷芯进行平推，根据卷芯是否被推动，判断卷芯的卷绕方向。本发明的分离工艺，不仅可以实现对卷芯的精细化拆解，为后序提高极片的利用率提供基础；同时，从而可有效防止在反卷绕过程中，可能出现反卷方向错误而导致各材料的断裂。

Description

一种动力电池卷芯的分离工艺

技术领域

本发明属于废旧锂离子动力电池处理领域，更具体地说，涉及一种动力电池卷芯的分离工艺。

背景技术

新能源汽车产销量高增背景下，动力电池装机量持续走高，未来几年动力电池和储能电池的报废量也将快速提升。此外，废旧电池环境风险和政策红利期双重驱动下，动力电池回收行业将迎大规模放量。

目前废旧方形电池回收预处理，多采用物理破碎的方式，此种方法存在机械夹带损失和难以实现金属完全分离回收的缺陷。故市场上需要一种精细化拆解，将壳体、正极、负极、隔膜分离，提高各种材料的提取率。

经检索，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。但该申请案中，缺少对卷芯自身的卷绕方向进行辨别，在后期的反卷绕过程中，可能出现卷绕方向错误而导致各材料的断裂。

发明内容

1、要解决的问题

针对以上现有技术中存在的至少一些问题，本发明提出一种动力电池卷芯的分离工艺。采用本发明的技术方案不仅可以完成卷芯的精细化拆解，为后序提高极片的利用率提供基础，还可以有效防止因卷绕方向错位而导致卷芯的断裂。

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：

本发明的一种动力电池卷芯的分离工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将卷芯最外层的薄膜从中间切开，并将切开的薄膜向两侧展开；

S2、对卷芯的卷绕方向进行辨别；

S3、将卷芯夹取，并根据步骤S2中得到的卷芯绕向，对卷芯进行反卷；

S4、在卷芯反卷过程中，对卷芯的正极片、隔膜以及负极片进行分离；

其中，步骤S3具体操作为，对展开的一侧薄膜进行压紧限位，同时，从同侧对卷芯进行平推，根据卷芯是否被推动，判断卷芯的卷绕方向。

进一步地，步骤S4的具体操作为：

a、卷芯的端部下落并穿过第一对辊组件，由第一对辊组件进行夹紧并同步向下输送，此时，第一吸附件对正极片进行吸附，使得正极片与卷芯的其它三层分离；

b、卷芯的另外三层继续下移并穿过第二对辊组件，由第二对辊组件对三层卷芯进行夹紧并继续向下输送；

c、接着由第二吸附件对两侧的隔膜进行吸附并重新绕卷，从而使得隔膜与负极片相互分离；

d、分离后的正极片和负极片在重力的作用下下落至对应的回收箱内，重新绕卷的隔膜经切割后，落入对应的回收箱内。

进一步地，在第二吸附件对隔膜进行吸附前，由第二对辊组件带动三层卷芯朝着远离第一吸附件的方向移动一定距离。

进一步地，步骤S1中利用切割机构和吹风机构完成薄膜的切割、展开操作；其中，所述的切割机构包括热切刀和第一压板，卷芯输送至切割机构下，第一压板和热切刀同时下移，第一压板对卷芯进行下压，热切刀将薄膜从中间切开后，由第一压板将一侧的薄膜剥离并展开；然后由吹风机构将另一侧的薄膜展开。

进一步地，所述的吹风机构采用风刀，该风刀从隔膜的切口处进行侧向吹风，且当对应的隔膜展开后，停止吹风。

进一步地，步骤S2中利用辨向机构对卷芯的绕向进行辨别，所述的辨向机构包括升降台、第二压板和第一推板，其中，升降台带动第二压板和第一推板上下移动，平推气缸驱动第一推板水平移动。

进一步地，步骤S3中利用夹取机构对卷芯进行夹取并反卷，所述的夹取机构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。

进一步地，所述的第二吸附件连接有绕卷组件，所述的绕卷组件包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，其中，第二吸附件与第二齿轮相连接，第一齿轮连接有驱动件。

进一步地，所述的绕卷组件还包括割刀，该割刀沿着第二吸附件的轴线进行切割。

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，负压卷棒连接气源，且该负压卷棒上开设有多个吸附孔。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种动力电池卷芯的分离工艺，依次通过切割、展开、辨向、反卷以及分离操作，不仅可以实现对卷芯的精细化拆解，为后序提高极片的利用率提供基础；同时，通过对分离前的卷芯进行辨向，从而可有效防止在反卷绕过程中，可能出现反卷方向错误而导致各材料的断裂；

(2)本发明的一种动力电池卷芯的分离工艺，通过第二压板对其中一侧的薄膜进行下压限位，然后水平推动气缸驱动第一推板从卷芯的端部进行轻推，根据卷芯是否被推动或者第一推板是否完全推到位，从而可判断卷芯的绕向；

(3)本发明的一种动力电池卷芯的分离工艺，热切刀和第一压板下移，第一压板对卷芯进行下移，热切刀将薄膜从中间切开后，热切刀上移，第一压板保持接触状态，随着卷芯向前输送，第一压板将一侧的薄膜剥离并展开，然后由风刀对另一侧的薄膜进行侧向吹风，从而使得切割后薄膜向两侧进行展开；同时，采用热切刀可方便对切割温度进行调整，以适应不同环境、不同材质薄膜的切割，且不会对内部的卷芯造成伤害；

(4)本发明的一种动力电池卷芯的分离工艺，卷芯的自由端穿过第一对辊组件，由第一对辊组件进行夹紧并同步向下输送，此时，第一吸附件对正极片进行吸附，使得正极片与卷芯的其它三层分离；然后，卷芯的另外三层继续下移并穿过第二对辊组件，由第二对辊组件对三层卷芯进行夹紧并继续向下输送，接着由第二吸附件对两侧的隔膜进行吸附，从而使得隔膜与负极片相互分离，从而完成正极片、隔膜以及负极片的最终分离工作。

附图说明

图1为本发明中卷芯的结构示意图；

图2为本发明的分离设备的整体结构示意图；

图3为本发明中切割机构的结构示意图；

图4为本发明中薄膜的展开示意图，其中，a为单侧展开示意图，b为双侧展开示意图；

图5为本发明中卷芯的绕卷示意图，其中，a为逆时针绕卷，b为顺时针绕卷；

图6为本发明中辨向机构的结构示意图；

图7为本发明中夹取机构的结构示意图；

图8为本发明中分离机构的结构示意图；

图9为本发明中绕卷组件的结构示意图；

图10为本发明中推送机构的结构示意图，其中，a为前进状态示意图，b为后退状态示意图。

图中：1、卷芯；11、薄膜；12、正极片；13、隔膜；14、负极片；

2、切割机构；21、热切刀；22、第一压板；3、吹风机构；

4、辨向机构；41、升降台；42、第二压板；43、第一推板；

5、夹取机构；51、第一连接板；52、第二连接板；53、夹取件；

6、分离机构；61、第一对辊组件；62、第一吸附件；63、第二对辊组件；64、第二吸附件；65、绕卷组件；651、第一齿轮；652、第二齿轮；653、割刀；

7、推送机构；71、移动板；72、第二推板。

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。

实施例1

参考图1所示，为本实施例中卷芯1的结构示意图，所示的卷芯1由正极片12、隔膜13、负极片14、隔膜13按顺序叠起来卷绕而成。当然，在绕卷结束后，最外侧还有一层保护薄膜11(图1中未显示)。本实施例的分离工艺就是将正极片12、隔膜13以及负极片14分别分离出来，为后期各种材料的提取最好准备。

本实施例的一种动力电池卷芯的分离工艺，主要包括以下步骤，

S1、将卷芯1最外层的薄膜11从中间切开，并将切开的薄膜11向两侧展开；

S2、对卷芯1的卷绕方向进行辨别；

S3、将卷芯1夹取，并根据步骤S2中得到的卷芯绕向，对卷芯1进行反卷；

S4、在卷芯1反卷过程中，对卷芯1的正极片12、隔膜13以及负极片14进行分离；

其中，步骤S1中，薄膜11的切割操作采用热切刀21进行，热切刀21本身可以调节温度以保证不同环境下、不同材料的薄膜11都可以正常切割，且又不会损伤内部的极片。

参考图4所示，具体的操作步骤为：卷芯1输送至该工位时，第一压板22和热切刀21同时下移，其中，第一压板22对卷芯1进行定位，热切刀21对薄膜11进行切割。切割完成后，热切刀21上移复位，第一压板22保持与接触切割后薄膜11的接触状态。此时，卷芯1继续向前输送，由第一压板22将后半薄膜剥离并展开，然后由吹风机构3将前半薄膜展开。该吹风机构3优选为风刀，该风刀以一定的倾斜角度吹风，将前半薄膜吹起并展开。需要注意的，当前半薄膜被掀起但风还没有吹到后半薄膜时，吹风停止，以防止对已经展开的后半薄膜造成干扰。这里的前、后是以卷芯1的输送方向为基准，位于前方的为前半薄膜，位于后方的为后半薄膜。

步骤S2具体操作为，对展开薄膜11的其中一侧进行压紧限位，同时，从同侧对卷芯1进行平推，根据卷芯1是否被推动，判断卷芯1的卷绕方向。结合图5所示，首先对卷芯1左侧的薄膜11进行压紧，同时从左侧对卷芯1进行平推，若卷芯1被推动，则说明该卷芯为逆时针绕卷，可参考图5a；若卷芯1未被推动，则说明该卷芯1为顺时针绕卷，可参考图5b。需要注意的是，这里的平推力不易过大，防止对卷芯1以及薄膜11造成损伤甚至撕裂。或者也可以通过第一推板43是否完全伸出来判断卷芯1的绕向。另外，这里的卷芯1的卷绕方向指的是卷芯1位于一个固定摆放位置下的卷绕方向。

步骤S4的具体操作为：a、卷芯1的自由端穿过第一对辊组件61，由第一对辊组件61进行夹紧并同步向下输送，此时，第一吸附件62对正极片12进行吸附，使得正极片12与卷芯1的其它三层分离；

b、卷芯1的另外三层继续下移并穿过第二对辊组件63，由第二对辊组件63带动三层卷芯1朝向远离第一吸附件62的方向移动，并继续向下输送；

c、接着由第二吸附件64对两侧的隔膜13进行吸附并重新绕卷，从而使得隔膜13与负极片14相互分离；

d、分离后的正极片12和负极片14在重力的作用下自然下落至回收箱内，重新绕卷的隔膜13经切割后，落入回收箱内。

本实施例的一种动力电池卷芯的分离工艺，通过上述步骤不仅可以实现对卷芯1的精细化拆解，为后序提高极片的利用率提供基础；同时，通过对分离前的卷芯1进行辨向，从而可有效防止在反卷绕过程中，可能出现反卷方向错误而导致各材料的断裂。

实施例2

本实施例的一种动力电池卷芯的分离设备，可用该设备在完成实施例1中分离工艺的各个步骤。

参考图2所示，所述的分离设备包括切割机构2、吹风机构3、辨向机构4、夹取机构5以及分离机构6。其中，所述的切割机构2用于对卷芯1最外层的薄膜11进行切割操作，并同时将切割后的一侧薄膜11进行展开操作；所述的吹风机构3用于将另一侧的薄膜11展开；所述的辨向机构4用于对切割后的卷芯1进行绕卷方向的辨别；所述的夹取机构5用于对辨向后的卷芯1夹取至分离机构6的上方，并根据卷芯1的绕向对卷芯1进行反卷；所述的分离机构6用于对反卷后卷芯1的隔膜13和极片进行分离并回收。

具体地，参考图3所示，所述的切割机构2通过支架安装在输送带上方，该切割机构2与支架之间可通过伺服电机加丝杆螺母结构来精确调整其高度，以适应不同厚度的卷芯1。所述的切割机构2包括热切刀21和第一压板22，其中，热切刀21单独连接有升降气缸空气其升降。热切刀21使用刀刃的高温熔化熔点较低的薄膜11，从而使薄膜11被切断，同时还不会对内部的极片造成影响。所述的吹风机构3包括风刀，该风刀横跨在输送带上方，且该风刀以一定的倾斜角度对薄膜切割处进行吹风。

工作时，热切刀21和第一压板22下降至指定高度，其中，第一压板22对卷芯1进行下压定位，热切刀21对从卷芯1的中间对薄膜11进行切割。切割完成后，热切刀21上移复位，第一压板22保持与接触切割后薄膜11的接触状态。此时，卷芯1继续向前输送，由第一压板22将一侧的薄膜剥离并展开，然后由风刀将另一侧的薄膜展开。所述的第一压板22优选为橡胶材质，以增大与薄膜11之间的摩擦力，同时第一压板22对薄膜11进行轻压，保证两者间的摩擦力能够带动薄膜11展开即可。

如图6所示，所述的辨向机构4包括升降台41、第二压板42和第一推板43，其中，升降台41通过导向杆设置在机架上，第二压板42和第一推板43均与升降台41相连接。所述的第一推板43的自由端要高于第二压板42自由端，且该第一推板43还连接有水平推动气缸。优选地，第二压板42、第一推板43通过连接滑块与升降台41之间滑动连接，以方便调节下压位置。其中，升降台41的升降移动、连接滑块的水平移动，均由各自的驱动件驱动。

工作时，升降台41带动第二压板42、第一推板43下移，第二压板42对其中一侧的薄膜11进行下压限位，然后水平推动气缸驱动第一推板43从卷芯1的端部进行轻推，根据卷芯1是否被推动或者第一推板43是否完全推到位，来判断卷芯1的绕向。

如图7所示，所述的夹取机构5包括第一连接板51以及滑动安装在该第一连接板51上的两个第二连接板52，其中，两个第二连接板52的相对侧设有夹取件53，该夹取件53优选为顶针。另外，两个第二连接板52由驱动件驱动其相互远离或靠近；夹取件53连接有旋转气缸，以实现对夹取后的卷芯1进行反向绕卷；同时，整个夹取机构5可进行竖直和水平两个方向的移动，以便于对卷芯1进行夹取。

工作时，夹取机构5移动至卷芯1的上方并下移，第二连接板52相互靠近，通过顶针从卷芯1两侧进行夹取；然后夹取机构5带着被夹取的卷芯1移动至分离机构6的上方并带动卷芯1进行反卷，将卷芯1的端部进行展开。

如图8所示，所述的分离机构6包括机架，该机架分为上中下三层，其中，第一对辊组件61设置在最上层，第二对辊组件63设置在中间层，第二吸附件64设置在最下层，且对称设置有两组；而第一吸附件62则设置在上层和中层之间。

所述的第一对辊组件61和第二对辊组件63结构相同，均包括主动滚筒和从动滚筒，其中，所述第一对辊组件61中至少有一个滚筒可沿水平方向进行移动，以调节两个滚筒之间的间距，方便对卷芯1进行夹紧输送；而第二对辊组件63除了两个滚筒之间的间距可调，整个第二对辊组件63需要能够沿着中间机架做水平移动。

具体到本实施例中，所述的主动滚筒为电动滚筒，第一吸附件62为吸盘，第二吸附件64为负压卷棒。该负压卷棒的一端连通真空发生器以产生负压，且该负压卷棒上开设有多个吸附孔。

所述的负压卷棒还连接有绕卷组件65，如图9所示，所示的绕卷组件65包括割刀653以及相互啮合的第一齿轮651和第二齿轮652。其中，第二吸附件64与第二齿轮652相连接，第一齿轮651连接有驱动件，所述的割刀653沿着第二吸附件64的轴线对隔膜13进行切割。

整个分离机构6的工作原理及流程如下，展开的卷芯1下落至第一对辊组件61的两个滚筒之间，两个滚筒相互靠近，对卷芯1进行夹紧并向下输送。当卷芯1下移至第一吸附件62时，第一吸附件62从侧面靠近并对正极片12进行吸附，使得正极片12与卷芯1的其它三层分离。当正极片12分离结束后，在自重作用下落入对应的回收箱中。

卷芯1的另外三层在第一对辊组件61的驱动下继续下移，当卷芯1穿过第二对辊组件63之间，第二对辊组件63的两个滚筒相互靠近对卷芯1进行夹紧，同时，整个第二对辊组件63带动卷芯1朝向远离第一吸附件62的方向移动一段距离。也就是说，刚开始时，第二对辊组件63位于第一对辊组件61的正下方，方便输送下来的卷芯能够顺利穿过第二对辊组件63。当第二对辊组件63对卷芯1夹取后，则需要移动一定距离，防止对后期的分离工作造成干扰。

随着三层卷芯的继续下移，第二吸附件64从两侧向卷芯1靠近，并对负极片14两侧的隔膜13进行吸附。同时通过齿轮传动带动第二吸附件64进行转动，从而对隔膜13进行重新绕卷。此时，两侧的隔膜13从三层卷芯中分离，剩下的负极片14继续向下移动，最终在自身重力的作用下，下落至对应回收箱内。

当两侧的隔膜13分离并绕卷结束后，割刀653对绕卷后的隔膜13进行轴向切割，使得隔膜13从第二吸附件64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。

另外，所述的辨向机构4与夹取机构5之间还设有推送机构7。如图10所示，所述的推送机构7包括移动板71和第二推板72，其中，所述第二推板72的端部铰接在移动板71前进的端面上。这样设计采用了止退结构，即第二推板72向前推动卷芯1时，能顺利推动；但在第二推板72返程后退时，第二推板72需要进行转动以越过下一个卷芯1。这样可以将辨向后的卷芯1逐个推送至夹取机构5的操作平台上。

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，其中，本实施例中各种驱动件及驱动方式，可采用现有技术，只要能够完成对应的功能即可。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)

1.一种动力电池卷芯的分离工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将卷芯(1)最外层的薄膜(11)从中间切开，并将切开的薄膜(11)向两侧展开；

S2、对卷芯(1)的卷绕方向进行辨别；

S3、将卷芯(1)夹取，并根据步骤S2中得到的卷芯绕向，对卷芯(1)进行反卷；

S4、在卷芯(1)反卷过程中，对卷芯的正极片(12)、隔膜(13)以及负极片(14)进行分离；

其中，步骤S3具体操作为，对展开的一侧薄膜(11)进行压紧限位，同时，从同侧对卷芯(1)进行平推，根据卷芯(1)是否被推动，判断卷芯(1)的卷绕方向。

2.根据权利要求1所述的一种动力电池卷芯的分离工艺，其特征在于：步骤S4的具体操作为：

a、卷芯(1)的端部下落并穿过第一对辊组件(61)，由第一对辊组件(61)进行夹紧并同步向下输送，此时，第一吸附件(62)对正极片(12)进行吸附，使得正极片(12)与卷芯(1)的其它三层分离；

b、卷芯(1)的另外三层继续下移并穿过第二对辊组件(63)，由第二对辊组件(63)对三层卷芯(1)进行夹紧并继续向下输送；

c、接着由第二吸附件(64)对两侧的隔膜(13)进行吸附并重新绕卷，从而使得隔膜(13)与负极片(14)相互分离；

d、分离后的正极片(12)和负极片(14)在重力的作用下下落至对应的回收箱内，重新绕卷的隔膜(13)经切割后，落入对应的回收箱内。

3.根据权利要求2所述的一种动力电池卷芯的分离工艺，其特征在于：在第二吸附件(64)对隔膜(13)进行吸附前，由第二对辊组件(63)带动三层卷芯(1)朝着远离第一吸附件(62)的方向移动一定距离。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种动力电池卷芯的分离工艺，其特征在于：步骤S1中利用切割机构(2)和吹风机构(3)完成薄膜(11)的切割、展开操作；其中，所述的切割机构(2)包括热切刀(21)和第一压板(22)，卷芯(1)输送至切割机构(2)下，第一压板(22)和热切刀(21)同时下移，第一压板(22)对卷芯(1)进行下压，热切刀(21)将薄膜(11)从中间切开后，由第一压板(22)将一侧的薄膜(11)剥离并展开；然后由吹风机构(3)将另一侧的薄膜(11)展开。

5.根据权利要求4所述的一种动力电池卷芯的分离工艺，其特征在于，所述的吹风机构(3)采用风刀，该风刀从隔膜(13)的切口处进行侧向吹风，且当对应的隔膜(13)展开后，停止吹风。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种动力电池卷芯的分离工艺，其特征在于，步骤S2中利用辨向机构(4)对卷芯(1)的绕向进行辨别，所述的辨向机构(4)包括升降台(41)、第二压板(42)和第一推板(43)，其中，升降台(41)带动第二压板(42)和第一推板(43)上下移动，平推气缸驱动第一推板(43)水平移动。

7.根据权利要求6所述的一种动力电池卷芯的分离工艺，其特征在于：步骤S3中利用夹取机构(5)对卷芯(1)进行夹取并反卷，所述的夹取机构(5)包括第一连接板(51)以及滑动安装在该第一连接板(51)上的两个第二连接板(52)，其中，两个第二连接板(52)的相对侧设有夹取件(53)。

8.根据权利要求7所述的一种动力电池卷芯的分离工艺，其特征在于：所述的第二吸附件(64)连接有绕卷组件(65)，所述的绕卷组件(65)包括相互啮合的第一齿轮(651)和第二齿轮(652)，其中，第二吸附件(64)与第二齿轮(652)相连接，第一齿轮(651)连接有驱动件。

9.根据权利要求8所述的一种动力电池卷芯的分离工艺，其特征在于：所述的绕卷组件(65)还包括割刀(653)，该割刀(653)沿着第二吸附件(64)的轴线进行切割。

10.根据权利要求9所述的一种动力电池卷芯的分离工艺，其特征在于：所述的第一吸附件(62)为吸盘，第二吸附件(64)为负压卷棒，负压卷棒连接气源，且该负压卷棒上开设有多个吸附孔。

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