[发明专利]一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备及方法

说明书

技术领域

本发明属于动力锂电池的回收技术领域，尤其涉及废旧动力锂电池电芯的自动化拆解切割设备及其工艺方法。

背景技术

在我国日趋增多的电动汽车大量使用动力锂电池的同时，动力锂电池的无害化回收利用就成为了政府高度关注，行业亟待解决的课题。动力锂电池单体是由正极片（在铝箔两面涂布上正极材料制成）、塑料隔膜、负极片（在铜箔两面涂布上负极材料制成）逐层卷绕或叠加成圆形或方形的电芯，再装入电池单体外壳中注入适量的电解液（六氟磷酸锂+有机溶剂）封装后构成。由于电芯是三种材料反复紧密卷绕或叠加在一起的特殊结构，加之三种材料均没有透液性质，所以在废旧动力锂电池单体拆解回收的过程中，都会遇到电芯中正、负极片及塑料隔膜三者之间的分选困难和电解液回收困难的技术难题，现有的电芯材料分选和电解液回收技术是：1、去除电池单体外壳，将取出的电芯整体焚烧去除电解液和塑料隔膜后直接粉碎。2、去除电池单体外壳，将取出的电芯整体加热去除电解液，用人工剥离的方法分开正、负极片及隔膜材料。3、将电池单体连同外壳一起直接整体粉碎。

专利 201410415339.8（一种新型废旧动力电池全自动拆解设备与方法），专利201510081942.1（一种车用动力电池全自动集成拆解装备）等主要是完成了废旧动力锂电池单体的外壳拆解及电芯的取出工作，没有解决动力锂电池单体拆解需要解决的关键问题——后续工序如何有效的回收电解液，如何有效分选电芯材料的问题，均是一种不完善的方法或装备。

专利201610519880.2（一种废旧锂电池高效分选回收装置），专利 201420711248.4（一种废旧18650型锂电池拆分预处理系统）等主要是通过某种方法拆解动力锂电池单体外壳，取出电芯进行煅烧或加热去除电解液，再将电芯进行整体粉碎。存在的问题是，⑴、由于电解液中的电解质六氟磷酸锂受热或遇空气中的水分会分解出具有腐蚀性的氟化物有害物质，且现有技术还没有有效的回收处理方法，因此会对水质及空气形成环境污染，同时也造成电解液的资源浪费。⑵、拆解回收得到的将是电池芯包各材料之间相互混杂较重的分选材料。

专利 2014104600743（一种废旧LiCoO2电池绿色拆解分离回收方法）, 专利201510496933.9（一种动力电池自动拆解回收设备和方法）是将废旧动力锂电池单体外壳拆解后，将电芯放入离心桶中收集电解液，人工分选正、负极片和隔膜。存在的问题是，废旧动力锂电池中的电解液数量很少，是呈湿润状粘附在电芯的正、负极片和塑料隔膜上以及众多紧密卷绕或叠加层的细小间隙中，且电解液具有一定的粘度，加上极片和隔膜均是不能透过液体的材料，用离心方法是无法将电解液有效的收集起来的；其次人工在手套箱中分离正、负极片和隔膜的方法只能用于实验室，无法应用于自动化生产中。

总之，现有废旧动力锂电池电芯的拆解分选技术存在的不足有：电池单体只拆解到外壳取出电芯，之后采用对整体电芯进行加热或煅烧的工艺会使电芯组分中的电解液和隔膜不能回收利用，电解液中的电解质也会因受热分解产生氟化物气体，且因不易回收而造成环境污染，同时也形成了电解液和塑料隔膜的资源浪费，无法实现废旧动力锂电池单体的全组分回收；手工或设想用反绕机分开正、负极片和塑料隔膜的方法根本无法实现规模化、自动化生产；整体电芯的粉碎工艺使得正极材料、负极材料、铝箔和铜箔之间材料混杂严重，无法实现电芯材料的洁净分离分选，最终得到的只能是正、负极材料的混合粉料；以上问题的存在主要是由于废旧动力锂电池单体的拆解前期工序没有一个行之有效的电芯拆解预处理设备和工艺方法所致。

发明内容

针对现有废旧动力锂电池拆解分选技术中的诸多不足，追其主要症结所在，本发明提供了一种可使废旧动力锂电池单体拆解分选过程实现自动化和洁净分离，同时达到全组分材料回收效果所必需的前期电芯预处理拆解设备和方法。

技术方案

1、一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备，其特征在于包括：电池单体供料箱，步进给料机构，轻型单体搬料机械手，单体定位夹紧机构，外壳切割装置，外壳收料机构，外壳收集箱，电芯推出装置，电芯定位夹紧机构，电芯纵向切割装置，电芯横向切割装置，电芯块收集容器，以上装置依次通过主机体、辅助装置和控制系统连接组成一个整体自动控制设备并形成一个密闭的加工空间，通过真空泵形成负压低氧环境，一可收集挥发的电解液气体，二可避免火花引发燃烧爆炸。应用以上设备可自动完成对废旧动力锂电池单体的上料、单体定位夹紧、单体外壳切割、电池电芯推出、外壳材料收集、电芯定位夹紧、电芯切割成块和电芯块收集保存这一系列的工序。