电池的全自动极片分离机的制作方法

专利检索2022-05-11  50



1.本发明涉及一种电池的电芯技术,尤其涉及具有卷绕电芯的电池的全自动极片分离机。


背景技术:

2.电池的应用已日渐普及,逐步从小型的家电设备、电子设备、扩展到了大型的电动机车。尤其,近年来,新能源汽车的崛起带动了电池技术的发展。这些应用中,用于电动车辆的电池需要大的输出能量和功率,因此用量大。随着电动车辆的大规模使用,废旧电池必会大量的产生。
3.在回收磷酸铁锂电池时,需要先切开电池,再把电池极片从电池中取出,然后把正负极片分离。目前常用的分离技术主要通过人工的方式分离,对操作人员的技术要求高,导致工作效率低,在极片分离时产生的废气也会危害环境和员工的健康。
4.近年来出现的半自动、全自动的极片分离设备,虽然在一定程度上,提高了工作效率,避免了对操作人员的危害;但是,这些设备的自动化程度低,容易导致分离失败;最后,这些设备主要针对未注液的电芯极片,应用环境受限,不适合大规模使用。现阶段国内还未有技术成熟,可大规模工业化生产的极片分离设备。


技术实现要素:

5.鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种集合柔性化、智能化的全自动极片分离装置。
6.本发明提供一种卷绕电芯全自动极片分离机,包括:卷芯定位组件,位于机械手的手臂上;卷芯翻转压辊组件,位于t型操作台平板上、靠近机械手的一端;隔膜卷绕组件,位于t型操作台平板上、卷芯翻转压辊组件的左下侧;外层隔膜热切组件,位于t型操作台平平板的另一侧;隔膜剥离组件,位于t型操作台立板下、隔膜卷绕组件的另一侧;负极隔膜分离组件,位于t型操作台立板上、隔膜卷绕组件左上方。
7.其中,卷芯定位组件包括位于驱动箱内的旋梯形丝杆运动组件;滚珠花键轴,位于驱动箱下方;旋梯形丝杆运动组件包括正旋梯形丝杆和反旋梯形丝杆,左夹臂和右夹臂分别与正旋梯形丝杆和反旋梯形丝杆垂直连接;卷芯旋转伺服电机,位于反旋梯形丝杆另一端的下方,连接右夹臂。
8.进一步的,左夹臂的底部包括左转轴,右夹臂的底部包括右转轴。
9.进一步的,卷芯定位组件还包括齿轮组及同步带,把滚珠花键轴旋转时产生的旋转动力依次传导至左夹臂和左转轴。
10.表层隔膜热切组件包括切割台,放置于t型操作台平板的一端上;吸盘,位于切割台下方;切割立板,垂直切割定位台;以及安装于切割立板上的热切刀。
11.进一步的,隔膜剥离组件包括隔膜挤压摩擦片、以及与其连接的隔膜剥离夹爪。
12.进一步的,隔膜剥离组件还包括皮带传动机构,位于隔膜剥离夹爪下方。
13.隔膜卷绕组件包括卷针,由上下两片形成的组合式卷针;卷针定位机构,位于卷针的相对侧;阻挡套,设置在卷针定位机构上,当卷针直线运动时,先通过阻挡套,再插入卷针定位机构。
14.负极隔膜分离组件包括摆臂、位于第一托辊的中心的转轴、位于摆臂末端的吸盘、以及位于第一托辊的左上方的刮刀。
15.进一步的,负极隔膜分离组件还包括弹簧压紧的负极刮刀,位于隔膜卷绕组件的左上方。
16.进一步的,负极隔膜分离组件还包括接近感应传感器。
17.进一步的,负极隔膜分离组件还包括可斜升平移和伸缩的第二托辊。
18.进一步的,负极隔膜分离组件还包括绕第二托辊旋转运动的吸盘摆臂组件,用于吸住负极头部并旋转使用负极头部和隔膜分离。
19.本发明还提出一种全自动极片分离方法,其应用于上述卷绕电芯全自动极片分离机,包括:
20.卷芯定位组件固定卷芯的位置;
21.外层隔膜热切组件切断卷芯的表层隔膜;
22.隔膜剥离夹爪夹紧表层隔膜的切口处的一个头部,使之分离出卷芯主体,并获得由外层隔膜、正极片、内层隔膜和负极片形成的多层状物;
23.隔膜剥离夹爪夹紧切口处的另一个头部,经过隔膜卷绕组件的卷针,卷针穿过表层隔膜。;
24.负极片露出头部后,并利用真空吸盘吸住负极片;
25.利用刮刀、托辊夹紧多层状物,分离出负极片;
26.隔膜卷绕组件卷绕多层状物时,卷芯翻转压辊组件翻转卷芯,分离内层隔膜、和外层隔膜;
27.隔膜卷绕组件反卷绕完成后,卷针退回。
28.综上所述,本发明的卷绕电芯全自动极片分离机结构合理,操作方便。全自动极片分离方法所有步骤都是按照流程自动进行,提高了自动化程度,还实现了精确分离,也避免了对操作人员的伤害。
附图说明
29.图1显示了卷绕电芯的结构示意图。
30.图2显示了本发明的卷绕电芯全自动极片分离机的结构图。
31.图3显示了本发明的卷芯定位组件的结构图。
32.图4显示了本发明的表层隔膜热切组件的结构图。
33.图5显示了本发明的隔膜剥离组件的结构图。
34.图6显示了本发明的负极隔膜分离组件的结构图。
35.图7显示了本发明的隔膜卷绕组件的结构图。
36.图8显示了本发明的卷芯翻转压辊组件的结构图。
37.图9显示了本发明的全自动极片分离方法的流程图。
具体实施方式
38.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
39.请参阅图1至图9。须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
40.图1显示了卷绕电芯的结构示意图。
41.电池一般包括外壳壳体1、卷芯2。其中,卷芯2包括内层隔膜21、外层隔膜22、正极片23和负极片24,其中,内层隔膜21位于正极片23和负极片24之间,外层隔膜位于正极片23的另一侧,在负极片24下侧,长于负极片,最后包覆住负极片24。本技术主要是通过反卷绕的方式,分离负极片24、和由内层隔膜21、正极片23和外层隔膜22组成的卷料,从而实现各部件的回收利用。
42.图2显示了本发明的卷绕电芯全自动极片分离机的结构图。
43.卷绕电芯全自动极片分离机10包括卷芯定位组件11,位于机械手上的手臂上,便于固定卷芯的位置,从而为后续的操作提供精确的操作位置;卷芯翻转压辊组件16,位于t型操作台平板上、靠近机械手的一端,用于分离卷芯的内层隔膜和外层隔膜;隔膜卷绕组件15,位于t型操作台平板上、卷芯翻转压辊组件16的另一侧,用于把外层隔膜22、正极片3和内层隔膜21组成的多层状物收卷;外层隔膜热切组件12,位于t型操作台平板的另一端,用于切开卷芯表层隔膜;隔膜剥离组件13,位于t型操作台平板上、隔膜卷绕组件15的另一侧,用于分离出表层隔膜和卷芯主体,并实现表层隔膜头部的精确定位;负极隔膜分离组件14,位于隔膜卷绕组件15上方,用于分离负极片4和外层隔膜22。
44.图3显示了本发明的卷芯定位组件的结构图。
45.卷芯定位组件11包括驱动箱、位于驱动箱内的梯形丝杆运动组件111、和位于驱动箱下方的滚珠花键轴114;梯形丝杆运动组件111包括左旋梯形丝杆和右旋梯形丝杆;左夹臂112和右夹臂113的一侧分别与左旋梯形丝杆和右旋梯形丝杆垂直连接;第一伺服电机115,位于反旋梯形丝杆一端的上方;和卷芯旋转伺服电机116,位于反旋梯形丝杆另一端的下方,连接右夹臂。其中,左夹臂112、右夹臂113的另一侧与滚珠花键轴114垂直连接,左夹臂112的底部还包括一左转轴117,右夹臂113的底部还包括一右转轴118,用于提供卷芯旋转位置。
46.在另一实施例中,还包括一齿轮组及同步带,使得滚珠花键轴114旋转时产生的旋转动力依次传导至左夹臂112、左转轴117。
47.在又一实施例中,还包括视觉检测装置和位移传感器,视觉检测装置用于识别卷芯的外形尺寸,位移传感器用于检测外层隔膜22的外侧的胶纸的位置,为机械手的抓取提供精准定位。优选的,机械手根据卷芯的位置调整自身参数,如夹爪的角度等参数。
48.图4显示了本发明的表层隔膜热切组件的结构图。
49.表层隔膜热切组件12包括切割台121,放置于t型操作台平板的一端上;吸盘122,位于切割台121下方;切刀123,在伺服电机124的驱动下切割卷芯的表层隔膜;切割立板125,带动切刀123移动至卷芯处,便于定位。
50.在另一实施例中,切割立板125还安装有压芯气缸,在压芯气缸的作用下,切割立板125下降,从而压紧卷芯,避免切割时卷芯移动。
51.在又一实施例中,切刀123为热切刀,采用热切方式切开表层隔膜。
52.图5显示了本发明的隔膜剥离组件的结构图。
53.隔膜剥离组件13,包括隔膜挤压摩擦片131,用于压紧表层隔膜,使得表层隔膜的切口处受到挤压而翻边起皱;以及隔膜剥离夹爪132,与隔膜挤压摩擦片131,用于夹紧表层隔膜。
54.在另一实施例中,隔膜剥离组件13还包括皮带传动机构133,位于隔膜剥离夹爪132下方,用于传导伺服电机的动力至隔膜剥离夹爪132。
55.在又一实施例中,隔膜剥离组件13还包括弹簧压紧的负极刮刀,位于图7所示的隔膜卷绕组件15的左上方。
56.图6显示了本发明的负极隔膜分离组件的结构图。
57.负极隔膜分离组件14包括摆臂141,转轴142位于托辊中心;托辊143,位于图7所示的隔膜卷绕组件的卷针151上方,可垂直t型操作台竖板方向垂直伸缩运动。吸盘144,位于摆臂141的末端;以及刮刀144,位于托辊143的左上方,托辊143斜向上运动并靠向刮刀144。
58.在另一实施例中,还包括接近感应传感器,用于检测负极的头部位置。
59.在又一实施例中,还包括可斜升平移和伸缩的隔膜托辊和绕隔膜托辊旋转运动的吸盘摆组件,用于吸住负极头部并旋转使用负极头部和隔膜分离。
60.图7显示了本发明的隔膜卷绕组件的结构图。
61.隔膜卷绕组件15,包括卷针151,由上下两片形成的组合式卷针;卷针定位机构152,位于卷针的相对侧;阻挡套153,设置在卷针定位机构152上,当卷针151直线运动时,先通过阻挡套,再插入卷针定位机构152。
62.在另一实施例中,隔膜卷绕组件15还包括伺服电机154,其产生的扭矩和速度控制卷针的运动,从而控制卷绕隔膜的张力。
63.在又一实施例中,隔膜卷绕组件15还包括伸缩气缸,控制卷针151的直线运动,方便插入卷针定位机构152。
64.图8显示了本发明的卷芯翻转压辊组件的结构图。
65.卷芯翻转压辊组件16,包括:分离刀161和压辊162。其中,分离刀161包括包括左分离刀和右分离刀,压辊162包括左压辊和右压辊,其中,左分离刀和左压辊位于同一侧,右分离刀和右压辊位于同一侧。
66.图9显示了本发明的全自动极片分离方法的流程图。
67.一种全自动极片分离方法,其应用于上述的卷绕电芯全自动极片分离机,其工作步骤如下:
68.步骤s1:位于机械手上的卷芯定位组件,抓取卷芯后固定卷芯位置。
69.具体包括:反旋梯形丝杆111由第一伺服电机115驱动,带动左夹臂112和右夹臂113镜向运动,在第一伺服电机115产生的恒定的扭矩作用下夹紧卷芯。其中,滚珠花键轴
114在旋转伺服电机116驱动,其旋转时产生的旋转动力通过齿轮组和同步带传导至左夹臂112,再传导至左转轴117和右转轴118上。
70.反之,旋转伺服电机116驱动右转轴118旋转时,通过滚珠花键轴114把动力传导给左转轴117,从而实现旋转伺服电机116同时控制左转轴117和右转轴118,使得左转轴117和右转轴118的同步,还可控制放卷时的张力。检测左转轴117和右转轴118的原点获得卷芯的旋转位置。
71.进一步的,视觉检测装置识别卷芯的外形尺寸,位移传感器检测外层隔膜22的外侧的胶纸的位置,调整机械手的参数,为机械手的抓取提供精准定位。
72.步骤s2:外层隔膜热切组件切断卷芯的表层隔膜。
73.具体包括:机械手夹持卷芯到热切工位,放置于切割台121上;位于切割台121下方的吸盘122吸住卷芯使之固定,从而实现定位;在伺服电机124的驱动下,切割立板125水平运动到卷芯处,切割立板125上的切刀123在气缸驱动下降到卷芯上方,切开表层隔膜。
74.进一步的,切刀123为热切刀,采用热切方式切开表层隔膜,通过高温熔断表层隔膜可以精确控制切刀的切割深度,从而避免对负极片进行误操作。
75.步骤s3:隔膜剥离夹爪夹紧表层隔膜的切口处的一个头部,使之分离出卷芯主体,并获得由外层隔膜、正极片、内层隔膜和负极片形成的多层状物。
76.具体包括:机械手把已经切开表层隔膜的卷芯调整位置,使得表层隔膜的切口正对隔膜挤压摩擦片131。在伺服电机的驱动下,隔膜挤压摩擦片131压紧表层隔膜,使得表层隔膜的切口处受到挤压而翻边起皱。同时,在伺服电机的驱动下,隔膜剥离夹爪132到达卷芯表面,夹紧表层隔膜。
77.进一步的,隔膜挤压摩擦片131压紧表层隔膜时,机械手带动卷芯向上运动,使得挤压更充分,从而使表层隔膜的切口处更快地形成翻边起皱。
78.表层隔膜的切口处形成表层隔膜的2个头部,隔膜剥离夹爪132拉住隔膜的一个头部水平运动,配合卷芯定位组件11上的卷芯在伺服电机驱动下顺时针运动,使得切口到尾部的表层隔膜被分离出卷芯;同时获得由外层隔膜、正极片、内层隔膜和负极片形成的多层状物。再由夹爪把分离出的表层隔膜丢入隔膜卷绕组件卷针的正下方的正极片输送线上,从而把表层隔膜输送出卷绕电芯自动极片分离机。
79.步骤s4:隔膜剥离夹爪夹紧切口处的另一个头部,经过隔膜卷绕组件的卷针,卷针穿过表层隔膜。
80.具体包括:在表层隔膜切口处,隔膜剥离夹爪132夹取表层隔膜切口处的另一个头部,并水平运动。在伸缩气缸154作用下,表层隔膜切口处的另一个头部经过卷针151处,卷针151伸出到卷针定位机构152处时夹紧表层隔膜。
81.步骤s5:负极片露出头部后,并利用真空吸盘吸住负极片。
82.具体包括:机械手夹取多层状物,在恒定力矩的作用下反向旋转,向上靠近卷芯翻转压辊组件的左压辊和右压辊处。左压辊和右压辊在气缸作用下伸出,并托住多层状物。多层状物在隔膜剥离组件和卷芯定位组件的拉紧作用下保持恒定的张力,并且在隔膜剥离夹爪的牵引下,使负极片露出头部。
83.开关传感器检测负极片的头部位置。在伺服电机的驱动下,摆臂144旋转运动,使负极片头部和表层隔膜分离。在吸盘143作用下摆臂144复位,吸盘143吸住负极片。
84.步骤s6:利用刮刀、左压辊和右压辊夹紧多层状物,分离出负极片。
85.具体包括:卷芯翻转压辊组件斜向上平移,带动多层状物和吸盘上的负极片靠向负极隔膜分离组件14的分离刀145。在弹簧的作用下,分离刀145紧贴住卷芯翻转压辊组件的左压辊和右压辊,并夹紧多层状物,吸盘143释放,负极片掉落在刮刀上方。
86.步骤s7:负极片通过隔膜剥离组件13的刮刀分离出多层状物。
87.具体包括:隔膜剥离组件13的夹爪打开,脱离隔膜头部。隔膜卷绕组件15的卷针151转动做收卷运动,同时卷芯定位组件11带动卷芯做放卷运动,把分离出负极片的多层物卷成筒形,卷绕过程中负极片通过隔膜剥离组件13的刮刀分离出多层状物并掉入下方和收集皮带输送线流出到设备外。
88.步骤s8:隔膜卷绕组件卷绕多层状物时,卷芯翻转压辊组件翻转卷芯,分离内层隔膜、和外层隔膜,实现反卷。
89.具体包括:隔膜卷绕组件15卷绕到一定长度后,机械手通过卷芯定位组件11把剩余的卷芯丢入卷芯翻转压辊组件16下方的储料仓内,卷芯翻转压辊组件16的压辊气缸动作使左压辊和右压辊夹紧多层状物。隔膜卷绕组件15带动多层状物继续卷绕,卷绕过程中,卷芯通过左压辊和右压辊、以及左压辊和右压辊下方的倒椎面使卷芯翻转,在卷针151的作用下,隔膜头部上拉卷芯主体使之向上运动,左分离刀和右分离刀切开卷芯,实现卷芯内外圈的分离,实现反卷动作。
90.步骤s9:隔膜卷绕组件7反卷绕完成后,卷针退回,反卷后的圆柱形多层状物掉到输出线上流出到设备外。其中,圆柱形多层状物为外层隔膜、正极片和内层隔膜的组合物。
91.具体包括:收卷完成后,卷针151从卷针定位机构152拔出。卷针151复位到初始位置,表层隔膜和多层状物受到阻挡套153的作用从卷针151脱落。
92.本发明的卷绕电芯全自动极片分离机结构合理,操作方便。全自动极片分离方法所有步骤都是按照流程自动进行,提高了自动化程度,还实现了精确分离,也避免了对操作人员的伤害。
93.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由发明的权利要求所涵盖。
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