CN116329635A - 一种铝壳锂电池自动电芯拆解设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种铝壳锂电池自动电芯拆解设备及方法，该设备包括运载模组机构、铝壳电池侧切机构、横切机构、电解液收集机构；运载模组机构包括直线导轨、夹具滑动座、电池固定夹具；铝壳电池侧切机构包括气缸、侧切安装架、侧切刀固定板、侧切刀；气缸安装于侧切安装架的顶端，气缸活塞杆端装有侧切刀固定板，侧切刀固定板两侧分别安装一个侧切刀，侧切刀顶端内面装有刀片；横切机构包括电机固定板、伺服电机，伺服电机的电机轴连接丝杆，与丝杆配合的丝母连接拆解刀固定板，拆解刀装于拆解刀固定板处；侧切安装架、电机固定板、电解液收集机构依次排列装于直线导轨侧面。本发明适用于小批量铝壳电池拆解试验，能保证铝壳电池拆解的质量、操作的可靠性。

Description

一种铝壳锂电池自动电芯拆解设备及方法

技术领域

本发明涉及锂电池拆解领域，具体涉及一种锂电池电芯拆解设备及方法。

背景技术

目前铝壳锂电池锂离子电池，在生产中有很多降级电池和检测不合格电池等不良品，为了从根源降低次品率，锂电池研发人员及工艺技术人员会对次品进行拆解，收集拆解后电池的数据。现阶段拆解铝壳锂离子电池的手段还处于人工拆解，人工拆解不仅费时费力而且在拆除电池顶盖和底盖时很容易导致卷芯破坏和电解液被污染，从而影响对次品电池的数据分析，无法得到准确的电解液化学反应数据，也无法得到电解液的净重量（即保留电池内的原始数据），另外拆解过程中，拆解人员一直接触电解液，电解液对人有一定的伤害。

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种铝壳锂电池自动拆解设备，适用于小批量铝壳电池拆解试验，测量数据，操作安全，并能保证铝壳电池拆解的质量、操作的可靠性。

本发明的另一目的是提供一种铝壳锂电池自动电芯拆解方法。

本发明的方案是：一种铝壳锂电池自动电芯拆解设备，包括运载模组机构、铝壳电池侧切机构、横切机构、电解液收集机构；

所述运载模组机构包括直线导轨、与直线导轨配合的夹具滑动座、用于驱动夹具滑动座沿直线导轨移动的伺服模组、装于夹具滑动座上的用于固定电池的电池固定夹具；

所述铝壳电池侧切机构包括气缸、侧切安装架、侧切刀固定板、侧切刀；气缸安装于侧切安装架的顶端，气缸活塞杆端装有侧切刀固定板，侧切刀固定板两侧分别安装一个侧切刀，侧切刀顶端内面装有用于切割铝壳电池侧面形成侧切口的刀片，两刀片与铝壳电池的两个侧面一一对应；

所述横切机构包括电机固定板、装于电机固定板上的伺服电机，伺服电机的电机轴连接丝杆，与丝杆配合的丝母连接拆解刀固定板，用于切割铝壳电池正面形成横切口的拆解刀装于拆解刀固定板处；

铝壳电池侧切机构的侧切安装架、横切机构的电机固定板、电解液收集机构沿直线导轨的长度方向依次排列装于直线导轨侧面。

所述丝杆两侧设有直线滑轨，拆解刀固定板同时安装在丝杆直线滑轨上。

所述直线导轨与伺服模组平行安装，夹具滑动座经模组安装板装于直线导轨、伺服模组上。

所述拆解刀包括壳体，壳体后侧装有直流电机，直流电机的输出轴与位于壳体内的偏向盘连接，偏向盘表面与垂直面夹角a≠90°，偏向盘正面经冲击针接触伸入壳体内的拆解刀柄，位于壳体外的拆解刀柄头端设拆解刀片，套于冲击针外的弹簧一端顶在冲击针的冲击冒台阶上、另一端顶在壳体上。

所述壳体外前侧有与拆解刀柄配合的刀柄固定座，刀柄固定座中部设有安装孔，安装孔为台阶形孔，台阶形孔包括大孔部、小孔部，拆解刀柄后部有与安装孔的小孔部间隙配合的刀杆部；刀杆部内端固定装有与大孔部配合的冲击冒，冲击针与冲击冒背面相抵，套于刀杆部外的弹簧一端与冲击冒正面相抵，弹簧另一端与刀柄固定座的安装孔的大孔部端部相抵。

所述刀柄安装孔上有限位平面，拆解刀柄刀杆部有与限位平面相对应的限位面；冲击针一端设有与偏向盘一直保持接触滑动状态的球面。

所述电池固定夹具包括用于容置铝壳电池的槽体，槽体上方槽口处经旋钮螺丝安装有用于压紧槽体内的铝壳电池的电池压板，用于限制电池固定夹具在夹具滑动座中滑动的电磁锁包括锁壳、置于锁壳内的锁芯，锁壳装于夹具滑动座侧面，锁芯穿过夹具滑动座插入电池固定夹具侧面的圆孔内。

所述电解液收集机构包括呈漏斗状的电解液收集盒、用于推动电池固定夹具沿夹具滑动座向电解液收集盒滑动的推动气缸，电解液收集盒的盒底排液口处装有排液开关，电解液收集盒侧面装有用于搭接电池固定夹具的搭载板。

所述拆解刀片包括刀体，刀体经螺栓装于拆解刀柄头端的安装槽处，刀体下部有弧形的刀头，刀头正面有中部有向外凸出的切屑刃，切屑刃两侧有用于导向横切口两侧切料卷起方向的导向面，刀头底面为平面，两导向面之间的夹角呈锐角，切屑刃与两侧的呈锐角的导向面形成锐角状刀口。

10、一种铝壳锂电池自动电芯拆解方法，包括以下步骤：

1）将铝壳锂电池放入电池固定夹具内，拧电池压板上的旋钮螺丝，锁紧铝壳电池；

2）将装有铝壳电池的电池固定夹具，整体放入夹具滑动座中；

3）电磁锁断电落锁，将电池固定夹具锁在夹具滑动座中；

4）伺服模组带动夹具滑动座到设定原点，开始由右向左运动；

5）当电池固定夹具运动至铝壳电池侧切机构正下方时，伺服模组停止，气缸启动，带动侧切刀划破铝壳电池的两侧，气缸抬起，完成侧切；

6）伺服模组带动电池固定夹具继续由右向左运动至横切机构下方，伺服模组速度降低，横切机构中直流电机启动，带动偏向盘高速旋转，冲击针不断锤击拆解刀柄，使拆解刀片进行高频冲击震荡，拆解刀片刀口呈现锐角，拆解刀片冲击力切开的铝壳电池，划痕会向两侧卷起，不产生切屑；

7）横切机构拆解完成后，部分电解液会流出，收集在电池固定夹具的槽体凹槽中；

8)伺服模组带动电池固定夹具继续由右向左运动至电解液收集机构，与搭载板对齐后停止；

9）电磁锁通电开锁，推动气缸将整个电池固定夹具推入电解液收集盒中，拆解开的铝壳电池，随着电池固定夹具，倒立着掉入电解液收集盒中，电池固定夹具中残留电解液和铝壳电池中的电解液，将被排除，汇集在电解液收集盒中；

10）等收集一定时间后，人工取出电池，并将电解液集中收集，用于测试，电池拆解完成。

本发明各机构排布有序，结构稳定、安装方便、通用性高、有效保存电池拆解后电芯及电解液质量及数据、拆解自动化程度高。本发明的技术解决方案中拆解铝壳时产生铝屑污染电解液的机构，横切结构在拆解电池时，其刀口在进给的同时，会有冲击力，拆解刀在冲击力的作用下，将铝壳划开，划口呈现变形卷在划口两侧，不产生铝屑，解决常规的切割拆解产生的铝屑，污染电解液的问题。

本发明的技术解决方案中拆解铝壳时防止电解液泄露结构，安装铝壳锂电池的夹具，有收集电解液的收集槽，在拆解过程中电解液会流出。此时收集槽能很好的将流出的电解液汇聚在一起，待拆解完成后，电解液会一同收纳，防止电解液流失导致电解液重量不准确。

本发明铝壳电池拆解期间无需人工手动干涉拆解过程，工作人员不用一直和电解液接触。同时解决了传统拆解时，铝壳电池打开过程中，切屑污染电解液的问题，以及人工拆解铝壳锂电池破坏电芯内部结构，使用本发明设备可以得到更精准的电池拆解后的数据。优选的，本发明可设有一自动电芯拆解设备控制箱，铝壳锂电池锂离子电池，只需要放在设备的夹具中，按下按钮即可等待铝壳电池拆解完成，期间无需人工手动干涉拆解过程，工作人员不用一直和电解液接触。同时解决了传统拆解时，铝壳电池打开过程中，切屑污染电解液的问题，以及人工拆解铝壳锂电池破坏电芯内部结构，使用本发明设备可以得到更精准的电池拆解后的数据。

本发明的技术解决方案中拆解参数调整结构，用自动电芯拆解设备控制箱的触摸屏控制电池拆解的深度参数，精准的控制了每次拆解的进刀深度，解决了人工拆解中拆解方式及拆解条件不一致的问题，对于不同的铝壳电池，只需要在触摸屏上输入相应的参数即可，减小换型调试的难度。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的侧切机构的结构示意图之一；

图3为侧切机构与铝壳电池的位置示意图；

图4为侧切机构的结构示意图之二；

图5为图4的I部放大图；

图6为横切机构的结构示意图；

图7为图6的局部放大图；

图8为图7的爆炸图；

图9为拆解刀内部连接示意图；

图10为拆解刀的局部结构示意图；

图11为拆解刀片的主视图；

图12为拆解刀片的侧视图；

图13为拆解刀片的立体图；

图14为刀柄固定座、冲击冒、拆解刀柄、拆解刀片的连接示意图；

图15为运载模组机构的结构示意图；

图16为图15的局部放大图；

图17为电解液收集机构的结构示意图。

实施方式

图1-17中，本发明的铝壳锂电池自动电芯拆解设备包括自动电芯拆解设备控制箱1、铝壳电池侧切机构2、横切机构3、运载模组机构4、电解液收集机构5。

铝壳电池侧切机构2包括气缸201、侧切安装架202、侧切刀固定板203、侧切刀204。

横切机构3伺服电机301、电机固定板302、丝杆303、直线滑轨304、拆解刀固定板305拆解刀306。

运载模组机构4包括电池固定夹具401、电池压板402、夹具滑动座403、模组安装板404、伺服模组405、直线导轨406、电磁锁407。

电解液收集机构5包括推动气缸501、搭载板502、搭载板垫脚503、电解液收集盒504、排液开关505。

铝壳电池侧切机构2包括气缸201其作用是用于侧切机构的主动力，气缸201安装于侧切安装架202的顶端，气缸201活塞杆端，装有侧切刀固定板203用于安装侧两侧的2个侧切刀204侧切刀204刀口顶端装有刀片，在气缸201运动时，带动侧切刀204下压，向下切向铝壳电池的2个侧面。

横切机构3包括伺服电机301用于整个机构上下调整提供动力，安装在结构顶端，电机固定板302上；电机固定板302下方安装有丝杆303，通过伺服电机301旋转，带动丝杆303旋转，给整个拆解刀306提供向上和向下的运动，与丝杆303平行安装的还有2条直线滑轨304，用于辅助丝杆303运动时不会受力变形，拆解刀固定板305同时安装在丝杆303直线滑轨304上，用于固定拆解刀306。

拆解刀306包括直流电机3061用于给拆解刀提供冲击动力，与直流电机3061相固定的是壳体3062由4块板组成，用于密封电机转动部分，与直流电机3061轴相连的是联轴器3063用于传输动力和校正部分安装轴的偏差，与联轴器3063另一端相联的是偏向盘3064，联轴器3063属于标准五金配件，两端有用于固定轴的孔位，偏向盘3064的轴插入联轴器中，壳体3062内有与轴配合的支撑板，锁紧螺丝即可将偏向盘与联轴器相联，其作用是将旋转力转换成前后方向的循环往复滑动力；与偏向盘3064滑动配合的是冲击针3065，冲击针3065的杆上安装有弹簧3060，弹簧一端顶在冲击针3065的冲击冒台阶上，另一端顶在壳体上，弹簧的弹力使冲击针球面一直紧贴在偏向盘的盘面上，随着偏向盘的旋转，冲击针会循环往复滑动，将旋转力转化成往复滑动力，确保冲击针一端的球面与偏向盘3064一直保持接触滑动状态，刀柄固定座3066用于安装拆解刀柄3068刀柄固定座3066上有异形孔，与拆解刀柄3068形成间隙滑动配合，拆解刀柄3068的刀杆原本是圆柱形的，但为了限制柱体旋转，圆柱面两侧被对称加工出两个平面，使拆解刀柄3068只能在刀柄固定座3066内进行滑动运动，拆解刀柄3068一端装有带螺纹的冲击冒3067用于接受冲击针3065的往复敲击。同时起到限位作用；拆解刀片3069其作用是通过冲击振动力作用于刀片上，使其在拆解铝壳时，将铝壳划开，废料卷在划口两侧，不会出现切斜掉落到电解液中。

运载模组机构4包括电池固定夹具401，用于固定铝壳电池，收集铝壳电池切开时流出的电解液，电池压板402两侧装有旋钮螺丝，能够快速地将电池固定在电池固定夹具401中，夹具滑动座403与电池固定夹具401是滑动配合关系，夹具滑动座403右侧安装有电磁锁407其锁芯是直径8mm的圆柱，穿过夹具滑动座403插入电池固定夹具401右侧的圆孔内，其作用是限制电池固定夹具401在夹具滑动座403中滑动，电磁锁407通电即开锁，在拆解完成后，电磁锁407会通电，电池固定夹具401将会被推出，伺服模组405是整个机构左右方向运动的动力，用于带动整个机构在该模组上运动，与伺服模组405平行安装的是直线导轨406该导轨主要目的是承受向下的重力，辅助直线导轨406带动机构左右方向运动。

电解液收集机构5包括推动气缸501其主要是用来推动电池固定夹具401，当所有拆解工序完成后，电磁锁407通电即开锁，推动气缸501将整个电池固定夹具401推入电解液收集盒504中，搭载板502用于搭接电池固定夹具401起到一个过渡作用，安装在搭载板垫脚503固定与工作台面上，电解液收集盒504呈现一种漏斗形状，用的是SUS316不锈钢，内面进行镜面抛光，防止电解液挂壁残留，底部装有黄铜材质的排液开关505，用于收集电解液。

本发明中铝壳锂电池自动电芯拆解方法，包括以下步骤：

1）将铝壳锂电池放入电池固定夹具401内，用手拧电池压板402上的旋钮螺丝，锁紧铝壳电池；

2）将装有铝壳电池的电池固定夹具401，整体放入夹具滑动座403中；

3）按下控制箱1上的启动按钮，电磁锁407断电落锁，将电池固定夹具401锁在夹具滑动座403中；

4）伺服模组405带动夹具滑动座403到设定原点，开始由右向左运动；

5）当电池固定夹具401运动至铝壳电池侧切机构2正下方时，伺服模组405停止，气缸201启动，带动侧切刀204划破铝壳电池的两侧，气缸201抬起，完成侧切；

6）伺服模组405带动电池固定夹具401继续由右向左运动至横切机构3下方，伺服模组405速度降低，横切机构3中直流电机3061启动，带动偏向盘3064高速旋转，冲击针3065不断锤击拆解刀柄3068，使拆解刀片3069进行高频冲击震荡，拆解刀片3069刀口呈现锐角，拆解刀片3069冲击力切开的铝壳电池，划痕会向两侧卷起，不产生切屑；

7）横切机构3拆解完成后，部分电解液会流出，收集在电池固定夹具401的凹槽中，

8)伺服模组405带动电池固定夹具401继续由右向左运动至电解液收集机构5,与搭载板502对齐后停止；

9）电磁锁407通电开锁，推动气缸501将整个电池固定夹具401推入电解液收集盒504中，拆解开的铝壳电池，随着电池固定夹具401，倒立着掉入电解液收集盒504中，电池固定夹具401中残留电解液和铝壳电池中的电解液，将被排除，汇集在电解液收集盒504中；

10）等收集一定时间后，人工取出电池，并将电解液集中收集，用于测试，电池拆解完成。

以上所述的实施例仅表达了发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还是可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种铝壳锂电池自动电芯拆解设备，其特征在于：包括运载模组机构（4）、铝壳电池侧切机构（2）、横切机构（3）、电解液收集机构（5）；

所述运载模组机构（4）包括直线导轨（406）、与直线导轨（406）配合的夹具滑动座（403）、用于驱动夹具滑动座（403）沿直线导轨（406）移动的伺服模组（405）、装于夹具滑动座（403）上的用于固定电池的电池固定夹具（401）；

所述铝壳电池侧切机构（2）包括气缸（201）、侧切安装架（202）、侧切刀固定板（203）、侧切刀（204）；气缸（201）安装于侧切安装架（202）的顶端，气缸（201）活塞杆端装有侧切刀固定板（203），侧切刀固定板（203）两侧分别安装一个侧切刀（204），侧切刀（204）顶端内面装有用于切割铝壳电池侧面形成侧切口（61）的刀片，两刀片与铝壳电池的两个侧面一一对应；

所述横切机构（3）包括电机固定板（302）、装于电机固定板（302）上的伺服电机（301），伺服电机（301）的电机轴连接丝杆（303），与丝杆（303）配合的丝母连接拆解刀固定板（305），用于切割铝壳电池正面形成横切口的拆解刀（306）装于拆解刀固定板（305）处；

铝壳电池侧切机构（2）的侧切安装架（202）、横切机构（3）的电机固定板（302）、电解液收集机构（5）沿直线导轨（406）的长度方向依次排列装于直线导轨（406）侧面。

2.根据权利要求1所述的铝壳锂电池自动电芯拆解设备，其特征在于：所述丝杆（303）两侧设有直线滑轨（304），拆解刀固定板（305）同时安装在丝杆（303）直线滑轨（304）上。

3.根据权利要求1所述的铝壳锂电池自动电芯拆解设备，其特征在于：所述直线导轨（406）与伺服模组（405）平行安装，夹具滑动座（403）经模组安装板（404）装于直线导轨（406）、伺服模组（405）上。

4.根据权利要求1所述的铝壳锂电池自动电芯拆解设备，其特征在于：所述拆解刀（306）包括壳体（3062），壳体（3062）后侧装有直流电机（3061），直流电机（3061）的输出轴与位于壳体（3062）内的偏向盘（3064）连接，偏向盘（3064）表面与垂直面夹角a≠90°，偏向盘（3064）正面经冲击针（3065）接触伸入壳体内的拆解刀柄（3068），位于壳体外的拆解刀柄（3068）头端设拆解刀片（3069），套于冲击针（3065）外的弹簧（3060）一端顶在冲击针（3065）的冲击冒台阶上、另一端顶在壳体（3062）上。

5.根据权利要求4所述的铝壳锂电池自动电芯拆解设备，其特征在于：所述壳体（3062）外前侧有与拆解刀柄（3068）配合的刀柄固定座（3066），刀柄固定座（3066）中部设有安装孔，安装孔为台阶形孔，台阶形孔包括大孔部、小孔部，拆解刀柄（3068）后部有与安装孔的小孔部间隙配合的刀杆部（3074）；刀杆部（3074）内端固定装有与大孔部配合的冲击冒（3067），冲击针（3065）与冲击冒（3067）背面相抵，套于刀杆部外的弹簧一端与冲击冒（3067）正面相抵，弹簧另一端与刀柄固定座（3066）的安装孔的大孔部端部相抵。

6.根据权利要求5所述的铝壳锂电池自动电芯拆解设备，其特征在于：所述刀柄安装孔上有限位平面，拆解刀柄（3068）刀杆部有与限位平面相对应的限位面；冲击针一端设有与偏向盘（3064）一直保持接触滑动状态的球面。

7.根据权利要求1所述的铝壳锂电池自动电芯拆解设备，其特征在于：所述电池固定夹具（401）包括用于容置铝壳电池的槽体，槽体上方槽口处经旋钮螺丝安装有用于压紧槽体内的铝壳电池的电池压板（402），用于限制电池固定夹具（401）在夹具滑动座（403）中滑动的电磁锁（407）包括锁壳、置于锁壳内的锁芯，锁壳装于夹具滑动座（403）侧面，锁芯穿过夹具滑动座（403）插入电池固定夹具（401）侧面的圆孔内。

8.根据权利要求1所述的铝壳锂电池自动电芯拆解设备，其特征在于：所述电解液收集机构（5）包括呈漏斗状的电解液收集盒（504）、用于推动电池固定夹具（401）沿夹具滑动座（403）向电解液收集盒（504）滑动的推动气缸（501），电解液收集盒（504）的盒底排液口处装有排液开关（505），电解液收集盒（504）侧面装有用于搭接电池固定夹具（401）的搭载板（502）。

9.根据权利要求4所述的铝壳锂电池自动电芯拆解设备，其特征在于：所述拆解刀片（3069）包括刀体（3070），刀体（3070）经螺栓装于拆解刀柄（3068）头端的安装槽处，刀体下部有弧形的刀头，刀头正面有中部有向外凸出的切屑刃（3071），切屑刃（3071）两侧有用于导向横切口两侧切料卷起方向的导向面（3072），刀头底面为平面（3073），两导向面（3072）之间的夹角呈锐角，切屑刃（3071）与两侧的呈锐角的导向面（3072）形成锐角状刀口。

10.一种铝壳锂电池自动电芯拆解方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将铝壳锂电池放入电池固定夹具（401）内，拧电池压板（402）上的旋钮螺丝，锁紧铝壳电池；

2）将装有铝壳电池的电池固定夹具（401），整体放入夹具滑动座（403）中；

3）电磁锁（407）断电落锁，将电池固定夹具（401）锁在夹具滑动座（403）中；

4）伺服模组（405）带动夹具滑动座（403）到设定原点，开始由右向左运动；

5）当电池固定夹具（401）运动至铝壳电池侧切机构（2）正下方时，伺服模组（405）停止，气缸（201）启动，带动侧切刀（204）划破铝壳电池的两侧，气缸（201）抬起，完成侧切；

6）伺服模组（405）带动电池固定夹具（401）继续由右向左运动至横切机构（3）下方，伺服模组（405）速度降低，横切机构（3）中直流电机（3061）启动，带动偏向盘（3064）高速旋转，冲击针（3065）不断锤击拆解刀柄（3068），使拆解刀片（3069）进行高频冲击震荡，拆解刀片（3069）刀口呈现锐角，拆解刀片（3069）冲击力切开的铝壳电池，划痕会向两侧卷起，不产生切屑；

7）横切机构（3）拆解完成后，部分电解液会流出，收集在电池固定夹具（401）的槽体凹槽中；

8)伺服模组（405）带动电池固定夹具（401）继续由右向左运动至电解液收集机构（5）,与搭载板（502）对齐后停止；

9）电磁锁（407）通电开锁，推动气缸（501）将整个电池固定夹具（401）推入电解液收集盒（504）中，拆解开的铝壳电池，随着电池固定夹具（401），倒立着掉入电解液收集盒（504）中，电池固定夹具（401）中残留电解液和铝壳电池中的电解液，将被排除，汇集在电解液收集盒（504）中；

10）等收集一定时间后，人工取出电池，并将电解液集中收集，用于测试，电池拆解完成。

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