CN106099240A - 一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离方法及其设备，包括将方形锂电池水平固定住，并使其盖板位于固定台的外部；使用切刀对方形锂电池位于盖板下方的壳体上、下端面同时进行划切，产生不完全切开的切痕；固定住方形锂电池的盖板，并使用顶针插入位于方形锂电池盖板上的防爆孔，并向其内部通入高压惰性气体，使切痕处发生断裂，并使方形锂电池的壳体被高压气体冲落而分离；将盖板和卷芯中间的极耳切断，使盖板和卷芯分离。通过预切和高压气体加压，实现壳体和盖板沿划痕缺陷位置断开，并使壳体被高压气体冲落而实现分离，避免了切割过程中金属进入造成短路的危险，使已经发生变形鼓胀的电池盖板与电芯容易分离，且安全、平稳、高效。

Description

一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离方法及其设备

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离方法及其设备。

背景技术

锂离子电池因其优异的电化学性能被广泛应用，特别是近年来随着新能源汽车产业的发展，越来越多的锂离子电池被广泛应用于电动汽车上。但一般锂离子电池的寿命普遍为5~8年，随着锂离子电池服役寿命的结束，对其回收处理的问题就尤为重要。

目前锂离子电池回收的方法一般是先进行机械分离后进行湿法处理进行，将有价值物料进行回收，其回收步骤中首先要将壳体与卷芯进行分离后才能开始对后续的处理。目前锂离子电池壳体的材质一般为钢质、铝制等，对其分离一般是采用机械切割或物理破碎，但这种传统的方法在实施过程中会在电芯中引入金属屑而发生短路或错位切到正负极而造成电芯短路打火的现象。且采用此方法进行连续切割作业会对切割刀或磨具的磨损较大，另外，对于切割刀的材质及硬度要求也较高。

在处理报废锂离子电池时，大多电池外形会有不同程度的鼓胀，采用传统的切割方式只是单纯地将壳体切开，而由于卷芯与壳体往往粘合的比较紧密，实现卷芯与壳体的分离可能仍需要其他的外力作用。

随着人们对续航里程需求的提升，对锂离子电池的能量密度也要求越来越高，这样锂离子电池的安全性能也随之降低，为了实现高能量密度下锂离子电池的相对安全性，一般会采取热失控安全防范措施，除进行控制系统（BMS）方面的设计外，目前最常见的电芯安全防护措施就是在盖板处采取防爆阀以避免出现热失控而造成的危险。

本发明根据锂离子电池盖板具有防爆阀的特点，提供了一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离设备，本发明采用预切割与高压爆破配合的方式，可以避免传统的切割过程中铝金属屑飞溅到电芯内部造成瞬间短路的打火现象，并且对切割刀的磨损程度较小，也可以减少卷芯与壳体的密合性达到两者的有效分离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离方法及其设备。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离方法，其包括以下步骤：

（1）将方形锂电池水平固定住，并使其盖板位于固定台的外部；

（2）使用切刀对方形锂电池位于盖板下方的壳体上、下端面同时进行划切，产生不完全切开的切痕；

（3）固定住方形锂电池的盖板，并使用顶针插入位于方形锂电池盖板上的防爆孔，并向其内部通入高压惰性气体，使切痕处发生断裂，并使方形锂电池的壳体被高压气体冲落而分离；

（4）将盖板和卷芯中间的极耳切断，使盖板和卷芯分离。

进一步方案，所述步骤（1）中的方形锂电池的盖板伸出固定台2-3mm；所述步骤（2）中划切的深度为壳体壁厚的40-60%；所述步骤（3）高压惰性气体的气压为6-10Kg。

本发明的另一个发明目的是提供实现上述一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离方法的设备，包括工作平台，所述工作平台一侧固设有传送带、另一侧固设有对经传送带传送过来的方形锂电池的壳体进行切割、爆破的预切机构和高压爆破机构，位于高压爆破机构正下方的工作平台上开设有壳体下料口，远离预切机构一端的工作平台上依次开设有卷芯下料口和盖板下料口；位于卷芯下料口的上方固设有对方形锂电池的极耳进行切割的极耳裁切机构。

进一步方案，所述预切机构包括固设在工作平台上的支柱和圆切刀，所述支柱上套设有基座，所述基座相对于传送带的一侧水平设有一对连接杆，所述圆切刀通过刀盘分别安装在一连接杆的端头，并垂直位于方形锂电池的上、下端面。

进一步方案，位于基座上、下方的支柱上均套设有弹簧；所述连接杆之间由加强杆连接；所述圆切刀中心处开设有中心孔，围绕中心孔的外周开设有一圈偏孔；所述刀盘上固设有安装圆切刀的中轴和偏轴，安装时将中轴对应圆切刀的中心孔，将偏轴对应圆切刀的任一个偏孔，实现圆切刀的旋转使用。

进一步方案，所述高压爆破机构包括沿工作平台移动的移动底座和用于夹持方形锂电池的夹手，所述移动底座顶端固设有伸缩气缸，所述伸缩气缸的活塞杆与固定旋转气缸的固定座连接；旋转气缸的缸体与所述的夹手固定连接；位于夹手中间且正对方形锂电池的防爆孔处设有顶针，所述顶针固设在与旋转气缸的活塞杆连接的移动架上；所述顶针为管状结构，其尾端连接有高压进气管。

进一步方案，所述移动底座的底端固设有导轮，所述工作平台上固设有与所述导轮相配合滑动的轨道；所述壳体下料口、卷芯下料口和盖板下料口成一直线设置，并与所述轨道平行。

进一步方案，所述极耳裁切机构包括对称设置的刀座和对刀座，所述刀座上固设有切刀，所述对刀座上固设有与所述切刀相配合的对切刀。

更优的方案，所述刀座和对刀座为绝缘材质，所述切刀和对切刀为金属材质。

进一步方案，所述传送带上等间距地固设用于固定方形锂电池的卡槽。

本发明通过先对方形锂电池的宽边壳体进行划切产生切痕而不发生断开，然后通过高压气体对电池内部进行加压，实现壳体和盖板沿划痕缺陷位置断开，并使壳体被高压气体冲落而实现分离。最后经过切割极耳实现卷芯和盖板之间的分离。

由于废旧锂电池一般是使用寿命终止的电池，其外形有不同程度的膨胀，本发明采用预切和高压爆破配合的方式可以更加安全有效的处理各种已发生变形的报废电池，预切可以实现壳体的定点破裂，高压可以让壳体有更大程度的变形，减少电芯和壳体的密合性，壳体不切穿的方式可以避免传统的切割过程中铝金属屑飞溅到电芯内部造成瞬间短路的打火现象，实现了安全性拆解分离。

本发明中预切机构的基座是穿套在圆柱上的，而位于基座上、下的圆柱上均套设有弹簧，从而利用弹簧对基座进行定位，当传送过来的电池与圆切刀进行接触时产生挤压，从而使基座在圆柱上利用弹簧的弹性实现了高度方向上的自适应性调节，实现了该设备对不同鼓胀度电池的处理功能。另外，通过调节两个连接杆之间的距离来实现调节圆切刀对电池划切所产生切口的深度。而连接两个连接杆的加强杆可避免切刀使用过程中对连接杆持续作用力造成变形。

圆切刀在安装时，是将中轴对应圆切刀的中心孔，将偏轴对应圆切刀的任一个偏孔，实现圆切刀的旋转使用，当圆切刀的某一处发生磨损时，可调节偏轴与圆切刀上另一个偏孔连接，使磨损的刀片继续使用，增加圆切刀的使用寿命。

高压爆破机构利用夹手对电池进行夹紧，利用伸缩气缸实现电池的前后移动而离开传送带，再利用旋转气缸实现电池的90°旋转形成竖直状态，便于壳体的分离，顶针前移顶紧电池上的防爆孔并通往高压气对电池内部进行打压，实现电池的高压爆破。

极耳裁切机构中刀座和对刀座是采用硬度高绝缘材质，切刀和对切刀为金属材质，可以避免极耳裁切过程中短路炸火对刀口的损伤和提高分离的安全性。

本设备工作过程为：

将待报废电池以宽面平放固定于传送带上的卡槽中，在传送带动下移动，经过圆切刀时对其上、下端面同时进行划切，产生不完全切开的切痕；然后将顶针顶入防爆孔，并通往高压惰性气体，使有切痕的电池壳体通过高压气体加压后，当内压超过划痕缺陷位置的耐压极限时，壳体便在划痕处断开，实现壳体的分离；分离后的盖板和卷芯之间由极耳连接，再经过极耳裁切机构切断极耳后实现盖板和卷芯的分离，最终实现锂离子电池拆解过程，并分别实现了壳体、卷芯、盖板分类回收。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明利用预切和内部加压的方式实现电池壳体的分离，预切的不贯穿切割可以有效避免切割过程中产生的金属屑进入电芯发生短路而产生危险；同时内部加压的方式可以应对报废电池的固胀性带来的切割后的电池壳体和卷芯不易分离的现象。

（2）本发明中预切机构的基座是穿套在固定于工作平台上的圆柱上，通过其上、下端的弹簧来控制其高度，从而实现对不同鼓胀度电池的预切割，实现了本设备对处理电池的尺寸高度适应性。

（3）本发明预切机构上的圆切刀可以重复利用，已经磨损的刀片经过位置的旋转可以再次应用，有效的提高了设备刀具的使用寿命。

（4）本发明中的极耳裁切机构中切刀采用组合切刀的方式进行设计，将金属切刀安置于绝缘的刀座上，即能利用金属的切割锋利性，又能利用绝缘刀座的绝缘性，避免切割过程中正负极间的短路现象出现，防止短路炸火现象对金属刀具的损坏和保障拆解过程的安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中的预切机构的结构示意图；

图3是图2中的圆切刀的结构示意图；

图4是本发明中的高压爆破机构的结构示意图；

图5是方形锂电池的端面图；

图6是本发明中的极耳裁切机构的结构示意图。

图中：1-工作平台，2-预切机构，201-基座，202-弹簧，203-圆柱，204-连接杆，205-加强杆，206-刀盘，207-中轴，208-偏盘，209-圆切刀，210-中心孔，211-偏孔；3-高压爆破机构，301-伸缩气缸，302-旋转气缸，303-移动架，304-夹手，305-高压进气管，306-顶针，307-移动底座；4-极耳裁切机构，401-刀座，402-对刀座，403-切刀，404-对切刀；5-传送带，6-卡槽，7-方形锂电池，701-防爆孔；8-壳体下料口，9-卷芯下料口，10-盖板下料口，11-轨道。

具体实施方式

实施例1：

一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离方法，其包括以下步骤：

（1）将方形锂电池水平固定住，并使其盖板位于固定台的外部2mm；

（2）使用切刀对方形锂电池位于盖板下方的壳体上、下端面同时进行划切，划切的深度为壳体壁厚的40%，产生不完全切开的切痕；

（3）固定住方形锂电池的盖板，并使用顶针插入位于方形锂电池盖板上的防爆孔，并向其内部通入气压为6Kg的高压惰性氦气，使切痕处发生断裂，并使方形锂电池的壳体被高压气体冲落而分离；

（4）将盖板和卷芯中间的极耳切断，使盖板和卷芯分离。

实施例2：

一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离方法，其包括以下步骤：

（1）将方形锂电池水平固定住，并使其盖板位于固定台的外部3mm；

（2）使用切刀对方形锂电池位于盖板下方的壳体上、下端面同时进行划切，划切的深度为壳体壁厚的60%，产生不完全切开的切痕；

（3）固定住方形锂电池的盖板，并使用顶针插入位于方形锂电池盖板上的防爆孔，并向其内部通入气压为10Kg的高压惰性氮气，使切痕处发生断裂，并使方形锂电池的壳体被高压气体冲落而分离；

（4）将盖板和卷芯中间的极耳切断，使盖板和卷芯分离。

实施例3：

如图1所示，一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离设备，包括工作平台1，所述工作平台1一侧固设有传送带5、另一侧固设有对经传送带1传送过来的方形锂电池7的壳体进行切割、爆破的预切机构2和高压爆破机构3，位于高压爆破机构3正下方的工作平台1上开设有壳体下料口8，远离预切机构2一端的工作平台1上依次开设有卷芯下料口9和盖板下料口10；位于卷芯下料口9的上方固设有对方形锂电池7的极耳进行切割的极耳裁切机构4。

如图2所示，预切机构2包括固设在工作平台1上的支柱203和圆切刀209，所述支柱203上套设有基座201，所述基座201相对于传送带5的一侧水平设有一对连接杆204，所述圆切刀209通过刀盘206分别安装在一连接杆204的端头，并垂直位于方形锂电池7的上、下端面。

进一步方案，位于基座201上、下方的支柱203上均套设有弹簧202；所述连接杆204之间由加强杆205连接；如图3所示，圆切刀209中心处开设有中心孔210，围绕中心孔210的外周开设有一圈偏孔211；所述刀盘206上固设有安装圆切刀209的中轴207和偏轴208，安装时将中轴207对应圆切刀209的中心孔210，将偏轴208对应圆切刀209的任一个偏孔211，实现圆切刀209的旋转使用。

如图4所示，高压爆破机构3包括沿工作平台1移动的移动底座307和用于夹持方形锂电池7的夹手304，所述移动底座307顶端固设有伸缩气缸301，所述伸缩气缸301的活塞杆与固定旋转气缸302的固定座连接；旋转气缸302的缸体与所述的夹手304固定连接；位于夹手304中间且正对方形锂电池7的防爆孔701处（如图5所示，）设有顶针306，所述顶针306固设在与旋转气缸302的活塞杆连接的移动架303上；所述顶针306为管状结构，其尾端连接有高压进气管305。

进一步方案，所述移动底座307的底端固设有导轮，所述工作平台1上固设有与所述导轮相配合滑动的轨道11；所述壳体下料口8、卷芯下料口9和盖板下料口10成一直线设置，并与所述轨道11平行。

如图6所示，极耳裁切机构4包括对称设置的刀座401和对刀座402，所述刀座401上固设有切刀403，所述对刀座402上固设有与所述切刀403相配合的对切刀404。

更优的方案，所述刀座401和对刀座402为绝缘材质，所述切刀403和对切刀404为金属材质。

进一步方案，所述传送带1上等间距地开设用于固定方形锂电池7的卡槽6。

本分离设备的工作过程为：

将报废的方形锂电池7盖板中间的防爆孔打开，再将其平放在传送带5上的卡槽6中进行固定，并使其盖板向预切机构2一侧伸出，使其盖板顶端位于传送带5外面2-3 mm；然后在传送带5的带动下通过预切机构2上的垂直设置的一对圆切刀209，其同时对方形锂电池7的宽面切割至其壳体厚度的40-60%而产生划痕；

传送带5带动方形锂电池7继续前移至高压爆破机构3处，通过其夹手304夹紧电池盖板，伸缩气缸301工作，并带动旋转气缸302和方形锂电池7一起移出传送带5，到达壳体下料口8的正上方；旋转气缸302工作，其缸体并向下旋转90°，使方形锂电池7成垂直状态，旋转气缸302的活塞杆推动移动架303带动顶针306前移而顶入防爆孔701中，并由高压进气管305将高压氮气导入方形锂电池7内部对其进行加压，由于方形锂电池7的壳体上因预切而产生了划痕，且切痕位置有了材料缺陷，在高压的作用下切痕位置发生断裂，并在内压的冲击下实现壳体分离而直接掉落入壳体下料口8中；

高压爆破机构3通过移动底座307沿轨道11移动到卷芯下料口9的正上方时，极耳裁切机构4上的切刀403和对切刀404在工驱动机构的作用实现闭合，将作电池盖板和卷芯的分离，卷芯则直接掉落至卷芯下料口9中；

高压爆破机构3通过移动底座307沿轨道11继续移动至盖板下料口10的正上方，夹手304松开，则盖板掉落至盖盖板下料口10中，从而完成了锂电池的壳体、卷芯和盖板的分离。此时高压爆破机构3回到初始工位进行下一个预切后电池的处理，如此循环最终实现报废电池的壳体和电芯的连续分离。

在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将方形锂电池水平固定住，并使其盖板位于固定台的外部；

（2）使用切刀对方形锂电池位于盖板下方的壳体上、下端面同时进行划切，产生不完全切开的切痕；

（3）固定住方形锂电池的盖板，并使用顶针插入位于方形锂电池盖板上的防爆孔，并向其内部通入高压惰性气体，使切痕处发生断裂，并使方形锂电池的壳体被高压气体冲落而分离；

（4）将盖板和卷芯中间的极耳切断，使盖板和卷芯分离。

2.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于：所述步骤（1）中的方形锂电池的盖板伸出固定台2-3mm；所述步骤（2）中划切的深度为壳体壁厚的40-60%；所述步骤（3）高压惰性气体的气压为6-10Kg。

3.一种实现如权利要求1所述的一种废旧锂离子电池卷芯和壳体的分离方法的设备，包括工作平台（1），其特征在于：所述工作平台（1）一侧固设有传送带（5）、另一侧固设有对经传送带（1）传送过来的方形锂电池（7）的壳体进行切割、爆破的预切机构（2）和高压爆破机构（3），位于高压爆破机构（3）正下方的工作平台（1）上开设有壳体下料口（8），远离预切机构（2）一端的工作平台（1）上依次开设有卷芯下料口（9）和盖板下料口（10）；位于卷芯下料口（9）的上方固设有对方形锂电池（7）的极耳进行切割的极耳裁切机构（4）。

4.根据权利要求3所述的分离设备，其特征在于：所述预切机构（2）包括固设在工作平台（1）上的支柱（203）和圆切刀（209），所述支柱（203）上套设有基座（201），所述基座（201）相对于传送带（5）的一侧水平设有一对连接杆（204），所述圆切刀（209）通过刀盘（206）分别安装在一连接杆（204）的端头，并垂直位于方形锂电池（7）的上、下端面。

5.根据权利要求4所述的分离设备，其特征在于：位于基座（201）上、下方的支柱（203）上均套设有弹簧（202）；所述连接杆（204）之间由加强杆（205）连接；所述圆切刀（209）中心处开设有中心孔（210），围绕中心孔（210）的外周开设有一圈偏孔（211）；所述刀盘（206）上固设有安装圆切刀（209）的中轴（207）和偏轴（208），安装时将中轴（207）对应圆切刀（209）的中心孔（210），将偏轴（208）对应圆切刀（209）的任一个偏孔（211），实现圆切刀（209）的旋转使用。

6.根据权利要求3所述的分离设备，其特征在于：所述高压爆破机构（3）包括沿工作平台（1）移动的移动底座（307）和用于夹持方形锂电池（7）的夹手（304），所述移动底座（307）顶端固设有伸缩气缸（301），所述伸缩气缸（301）的活塞杆与固定旋转气缸（302）的固定座连接；旋转气缸（302）的缸体与所述的夹手（304）固定连接；位于夹手（304）中间且正对方形锂电池（7）的防爆孔（701）处设有顶针（306），所述顶针（306）固设在与旋转气缸（302）的活塞杆连接的移动架（303）上；所述顶针（306）为管状结构，其尾端连接有高压进气管（305）。

7.根据权利要求6所述的分离设备，其特征在于：所述移动底座（307）的底端固设有导轮，所述工作平台（1）上固设有与所述导轮相配合滑动的轨道（11）；所述壳体下料口（8）、卷芯下料口（9）和盖板下料口（10）成一直线设置，并与所述轨道（11）平行。

8.根据权利要求3所述的分离设备，其特征在于：所述极耳裁切机构（4）包括对称设置的刀座（401）和对刀座（402），所述刀座（401）上固设有切刀（403），所述对刀座（402）上固设有与所述切刀（403）相配合的对切刀（404）。

9.根据权利要求8所述的分离设备，其特征在于：所述刀座（401）和对刀座（402）为绝缘材质，所述切刀（403）和对切刀（404）为金属材质。

10.根据权利要求3所述的分离设备，其特征在于：所述传送带（1）上等间距地固设用于固定方形锂电池（7）的卡槽（6）。