[0001] 本发明涉及电池回收技术领域，特别是涉及一种废旧锂离子电池电芯解卷分类设备。

[0002] 随着新能源汽车使用量的快速增加，动力锂电池报废量将逐年递增。废动力锂电池如果处置不当，其所含的有机物和贵金属会对环境构成危害，而另一方面废动力电池正极中的铝箔、磷酸铁锂，负极中的铜箔等都具有极高的回收价值。

[0003] 目前电池回收行业广泛采用的技术是对废旧锂电池进行整体破碎，再进行分选回收，但是该方法将正负极片材料进行了二次混合，会降低产物纯度而且提高了回收成本。因此采用去壳、解卷、正负极片分别回收的方式具有更好的回收效果与应用前景。但是解卷这一工艺步骤目前均采用人工解卷的方式，不仅成本高效率低而且危害工人身体健康。因此，亟需提供一种废旧锂离子电池电芯的解卷分类设备来解决上述问题，实现电芯的自动解卷与分类收集。

[0044] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0045] 需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

[0046] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0047] 请参阅图1至图18，一种废旧锂离子电池电芯的解卷分类设备，包括机架4和控制器(图中未示出)。机架4为采用型钢焊接而成的框架结构，框架顶部通过螺栓连接或焊接等任意一种机械固定连接方式设置有工作台面，用于电池电芯的解卷和分类操作。本设备仅涉及伺服电机和气缸机械运动的逻辑控制，因此控制器选用通用的电气设备控制系统，并在控制系统内预设相应的控制程序即可，其结构组成和工作原理为现有技术，此处不再赘述。

[0048] 如图1至图4所示，机架4上分别设置有展平机构1、叠片式电芯分选机构2和卷绕式电芯分选机构3。下面分别结合绕卷式电芯和叠片式电芯这两种类型的电池电芯的解卷和分类收集过程来详细介绍展平机构1、叠片式电芯分选机构2和卷绕式电芯分选机构3的具体结构和工作原理。

[0049] 展平机构1用于电芯卷的解卷与展平，如图5和图6所示，展平机构1包括设置于机架4(其顶部工作台面)顶面上的极片导向槽11、设置于机架4的顶面上且传动方向与极片导向槽11相平行的传送机构13。其中导向槽11沿机架4的长度方向(如图1中所示的左右方向)设置，导向槽11的宽度和深度根据电池电芯的整体长度和厚度来设定，以卷绕式电芯的卷绕轴线或叠片式电芯的折叠线垂直于导向槽11的长度方向而放置于导向槽11内时，电池电芯可轻松放入并能基本全部位于导向槽11内为宜，使得电池电芯在后续的解卷过程中仅能在导向槽11内转动而不会从导向槽11内脱出。

[0050] 本实施例中，传送机构13采用电机驱动的同步带传送结构，包括第一伺服电机131和第一传送带132，第一传送带132平行于导向槽11的长度方向设置，其两端的同步轮通过轴承座固定安装于导向槽11的顶部一侧。第一伺服电机131通过电机安装架固定安装在机架4的顶面，其输出轴通过联轴器与其中一个同步轮的轴端传动连接，从而可驱动第一传送带132沿导向槽11的长度方向左、右往复移动。

[0051] 传送机构13的输送执行端(第一传送带132的上部水平段)通过螺栓固定连接有滑板14，机架4的顶面固定设置有位于极片导向槽11远离传送机构13一侧且与极片导向槽11相平行的第一导轨16，滑板14远离传送机构13的一端通过滑块滑动连接于第一导轨16上，则滑板14在第一传送带132带动和第一导轨16的导向作用下沿导向槽11的长度方向左、右往复移动。第一导轨16的两端分别设置有与传送机构13的动力控制端电连接的第一行程开关17和第二行程开关18，用于控制第一伺服电机131在滑板14达到电磁夹紧机构12的夹持工位和释放工位时暂停和反向切换。

[0052] 滑板14上固定安装有位于极片导向槽11正上方的电磁夹紧机构12。如图8所示，电磁夹紧机构12包括固定连接于滑板14底部的底板121、位于底板121下方的固定板122和固定设置于底板121和固定板122之间的电磁线圈123。其中，底板121通过螺栓连接固定于底板121的底面上，固定板122通过位于电磁线圈123两侧的护板焊接固定于底板121的底面，使电磁线圈123被限位固定在护板之间。电磁线圈123的底部中心活动插接有磁柱124，磁柱124的底端固定连接有活动板125，固定板122和活动板125之间通过弹簧126连接。具体的，固定板122上开设有与电磁线圈123的中心孔相对应的通孔，磁柱124的顶端通过该通孔活动插入电磁线圈123内，弹簧126套设在磁柱124的外侧，且弹簧126的顶端固定连接于底板
121的底面、弹簧126的底端固定连接于活动板125的顶面。

[0053] 固定板122的一侧固定设置(本实施例中为焊接)有位于极片导向槽11正上方的上夹爪127，活动板125的一侧固定设置(本实施例中为一体成型)有位于上夹爪127正下方的下夹爪128。电磁线圈123通电后，其中心形成磁场对磁柱124形成向内的拉力，使得磁柱124拉动活动板125向上移动而靠近固定板122，此时弹簧126被压缩，下夹爪128靠近上夹爪127而将位于二者之间的物体夹紧；电磁线圈123断电后，磁场消失，弹簧126推动活动板125向下移动复位，解除对位于二者之间的物体的夹持。活动板125的顶面上固定设置有至少一个(如图8中所示的4个)垂直向设置的第一导向柱129，第一导向柱129的顶端活动贯穿于固定板122内，以对活动板125的升降起到导向作用。

[0054] 优选的，极片导向槽11上分别开设有与电磁夹紧机构12的夹持工位相对应的第一通孔和与电磁夹紧机构12的释放工位相对应的第二通孔。在夹持工位和释放工位，下夹爪128向下移动而使其与上夹爪127处于打开状态，此时可使展开状态的电池电芯的层状材料活动穿过下夹爪128与上夹爪127之间的空间，对应设置第一通孔和第二通孔可用于容纳下降的活动板125和下夹爪128；活动板125和下夹爪128上升后，活动板125和下夹爪128悬置于极片导向槽11的上方，并将使展开状态的电池电芯的层状材料夹紧，第一传送带132的往复运动实现电磁夹紧机构12在夹持工位和释放工位之间的位置切换。

[0055] 极片导向槽11的顶部固定设置有位于电磁夹紧机构12一侧的展平挡块15。如图7所示，展平挡块15的一端为矩形块状，通过螺钉固定连接在机架4的顶面上，另一端为三角形截面的楔形块状，并悬置于极片导向槽11的上方、第一通孔/第二通孔的外侧(如图6所示的右侧)，楔形块的顶部斜面朝向电池电芯的放置侧(如图6所示的右侧)。展平挡块15的底面与极片导向槽11的槽底面之间的距离大于展开状态的电芯卷层或电芯折叠层厚度、小于卷绕状态或层叠状态的电池电芯的整体厚度和宽度，使得展开后的电池电芯材料层可穿过展平挡块15的底部空间而被电磁夹紧机构12夹持，进而通过电磁夹紧机构12的水平运动拉动材料层连续地展开，而电池电芯的主体部分则在展平挡块15的顶部斜面阻挡作用下维持在原地而连续地解卷。

[0056] 具体的解卷作业过程为：废旧磷酸铁锂电池经脱壳后，取出电池电芯，先人工对电池电芯解卷一小段，使电芯卷材的自由端头部展平后，将电池电芯放入极片导向槽11内，并使卷绕式电芯的卷绕轴线或叠片式电芯的折叠线与极片导向槽11的长度方向相垂直，而后将电芯卷材的自由端穿过展平挡块15的底部空间至电磁夹紧机构12的夹持工位处，电池电芯未解卷部分则位于展平挡块15的右侧。放置完成后，处于夹持工位的电磁夹紧机构12通电工作，电磁线圈123通电，下夹爪128迅速上移而将电芯卷材的头部夹持。与此同时第一伺服电机131工作，通过第一传送带132的传动带动滑板14在第一导轨16上直线移动，使夹持有电芯卷材的电磁夹紧机构12由夹持工位转移至释放工位，在这一过程中通过电磁夹紧机构12的拉扯和展平挡块15的阻挡，实现电芯卷的解卷与展平。完成一次解卷和展平作业后，对应位于释放工位一端的第一行程开关17被触发，从而通过控制器使第一伺服电机131暂停工作并换向转动，同时电磁线圈123断电，下夹爪128向下移动并抵靠在极片导向槽11的顶面上，第一传送带132的带动滑板14在第一导轨16上反向直线移动，直至位于加持工位一端的第二行程开关18被触动，从而通过控制器使第一伺服电机131暂停工作并换向转动，电磁夹紧机构12回到初始的夹持位置，而后通过循环夹持和往复移动，以一定的节拍不断的对电池电芯进行解卷与展平，直至电池电芯被完全解卷。

[0057] 如图4和图9所示，叠片式电芯分选机构2设置于机架4的顶部工作台面的底面上，并位于电磁夹紧机构12的释放工位的下方，与展平机构1配合，用于叠片式电芯片状材料的分类与收集。如图10和图11所示，叠片式电芯分选机构2包括固定连接于机架4顶部底面上的工作台21、分别固定安装于工作台21顶面上的驱动电机22和位于驱动电机22一侧的推拉气缸23。工作台21的边缘顶部固定焊接有型钢连接件213，型钢连接件的顶部通过螺栓与机架4固定连接，使工作台21悬置于机架4顶部工作台面的下方。驱动电机22的输出轴端固定连接有转动安装于工作台21上的固定橡胶辊29。固定橡胶辊29的轴线方向与极片导向槽11的长度方向相垂直，其两轴端分别通过固定安装于工作台21上的轴承座实现转动安装，且其中一个轴端通过联轴器与驱动电机22的输出轴端传动连接，通过驱动电机22驱动固定橡胶辊29连续单向转动。

[0058] 推拉气缸23的输出轴端固定连接有滑动安装于工作台21上的移动刮板24，移动刮板24靠近固定橡胶辊29的一侧转动安装有与固定橡胶辊29匹配对滚的移动橡胶辊25。具体的，推拉气缸23为两个，并在工作台21的顶面前、后两侧分布(如图10所示)，且推拉气缸23的输出轴伸缩方向与固定橡胶辊29的轴线相垂直。移动刮板24的侧面底部分别与两个推拉气缸23的输出轴端固定连接。移动刮板24的另一侧面底部两端分别通过螺栓固定连接有轴承座，移动橡胶辊25的两端转动安装于两个轴承座内，使移动橡胶辊25与移动刮板24连接为一体且可在移动刮板24上转动，移动橡胶辊25的轴线与固定橡胶辊29的轴线平行并位于同一水平面内。工作台21的顶面上在推拉气缸23的外侧设置有与推拉气缸23的输出轴伸缩方向平行的燕尾导向槽，移动刮板24和/或移动橡胶辊25的底部滑动嵌装于燕尾导向槽内，则通过推拉气缸23可推动移动刮板24和移动橡胶辊25同步水平移动而靠近或远离固定橡胶辊29。

[0059] 固定橡胶辊29的轴径处固定连接有主动齿轮27，移动橡胶辊25的轴径处固定连接有与主动齿轮27啮合传动的从动齿轮28。当推拉气缸23将移动橡胶辊25推向固定橡胶辊29时，从动齿轮28和主动齿轮27啮合连接，则通过齿轮转动可实现移动橡胶辊25和固定橡胶辊29同步相对滚动。被展开的电芯卷材自由端在电磁夹紧机构12的释放工位被释放后，由机架4顶部工作台面上的第二通孔自然向下垂直落入移动橡胶辊25和固定橡胶辊29之间，进而通过移动橡胶辊25和固定橡胶辊29之间的相对滚动对电芯卷材表面产生的摩擦作用可使电芯卷材不断被卷至移动橡胶辊25和固定橡胶辊29的下方。优选的，移动橡胶辊25和固定橡胶辊29的表面均设置有凹凸间隔设置的橡胶层，以增强橡胶辊与电芯卷材表面之间的摩擦力。

[0060] 由于叠片式电芯自身的结构特点，电芯卷材在展开后，正、负极片分别线性排列地粘附于隔膜的两个侧面上。固定橡胶辊29远离移动刮板24的一侧固定设置有与移动刮板24匹配开合的固定刮板26。移动刮板24和固定刮板26均为四分之一圆的弧型板，当推拉气缸23运动至其最大行程时，移动刮板24靠近固定刮板26，且移动刮板24和固定刮板26的顶部之间形成一条直缝，且直缝的间距略大于电芯卷材中的隔膜的厚度，则移动橡胶辊25与固定橡胶辊29对滚时，移动刮板25和固定刮板26的顶部之间的预留间隙只允许叠片式电芯材料层中的隔膜穿过，而隔膜两侧的正、负极片则分别在移动刮板24和固定刮板26的顶部边缘的阻挡下沿移动刮板24和固定刮板26的圆弧面向两侧分离滑落。

[0061] 工作台21的下方分别设置有位于移动刮板25外侧的第一收集槽210、位于移动刮板25和固定刮板26之间的第二收集槽211、位于固定刮板26外侧的第三收集槽212。在移动橡胶辊25与固定橡胶辊29连续将隔膜向下卷入的过程中，隔膜直接落入下方的第二收集槽211内，而沿移动刮板24和固定刮板26的圆弧面向两侧分离滑落的正、负极片则分别落入第一收集槽210和第三收集槽212中，从而实现正极片、隔膜、负极片的分类收集。优选的，移动刮板24和固定刮板26的顶面两端均分别固定设置有导向板，以使正极片或负极片能够准确落入第一收集槽210和第三收集槽212中。

[0062] 如图1至图3所示，卷绕式电芯分选机构3设置于机架4的顶面上方，与展平机构1配合，用于卷绕式电芯层状材料的分类与收集。如图12至图14所示，卷绕式电芯分选机构3包括固定设置于机架4顶面一侧的立柱31、固定连接于立柱31的顶部并水平设置的横梁32、固定设置于横梁32上的行走定位机构33。具体的，立柱31的底端通过螺栓固定安装在机架4的顶面上，横梁32水平设置并与机架4的长度方向相平行，其底部通过螺栓与立柱31的顶端固定连接。行走定位机构33同样采用伺服电机驱动的同步带传送机构，包括固定安装于横梁32顶面一端的第二伺服电机331、固定安装于横梁32的侧面并与第二伺服电机331的输出轴端传动连接的减速器332和设置有横梁32底面上的第二传送带333。第二传送带333两端的同步轮通过轴承座转动安装于横梁32的底面上，减速器332的输出轴端与其中一个同步轮的轴端传动连接，通过第二伺服电机331可驱动第二传送带333水平往复移动。

[0063] 行走定位机构33上固定连接有位于横梁32下方的静电吸盘升降机构34，静电吸盘升降机构34的动力输出端固定有静电吸盘35。如图15和图16所示，静电吸盘升降机构34包括移动顶板341、固定安装于移动顶板341底面一侧的升降气缸342、固定安装于升降气缸342底部输出轴端的升降平台343。横梁32的底面上固定安装有与其长度方向向平行的两个第二导轨334，移动顶板341的顶面通过螺栓固定连接有多个滑块，通过滑块与第二导轨334的滑动配合，使移动顶板341滑动安装在第二导轨334上，并可沿第二导轨334水平往复移动。移动顶板341的底面通过螺栓与第二传动带333的顶部水平段固定连接，则通过第二传送带333可驱动静电吸盘升降机构34的水平往复移动和定位。升降气缸342通过螺栓垂直地固定安装于移动顶板341的底面一端，其输出杆端部通过螺栓与升降平台343的顶面固定连接，从而通过升降气缸342可驱动升降平台343的垂直升降。升降平台343的顶面上固定设置有至少一个(如图15所示的4个)第二导向柱345，以对升降平台343的垂向运动进行导向。

[0064] 升降平台343的底面一侧(远离升降气缸342的一侧)开设有通口，通口的顶部垂向设置有插接管口344，静电吸盘35固定设置于通口的底部边缘处。其中，静电吸盘35通电时对导体和非导体都可以进行吸附，因而可实现对正、负电极片和隔膜的吸取与释放。由于卷绕式电芯自身的结构特点，电芯卷材在展开后，为正极片‑隔膜‑负极片‑隔膜四层结构的细条状，采用与前述叠片式电芯相同的解卷方式完成解卷。被展开的电芯卷材自由端在电磁夹紧机构12的释放工位被释放后，吸盘升降机构34驱动静电吸盘35向下移动并靠近电芯的材料层，可通过静电吸盘35逐层吸取电池电芯的材料层的自由端部，通过行走定位机构33可将吸附有不同材料层的静电吸盘升降机构34定位于不同的三个位置。

[0065] 机架4顶面另一侧固定设置有多组沿横梁32的长度方向分布的隔膜电芯收集机构36。由于卷绕式电芯由正极片‑隔膜‑负极片‑隔膜四层材料逐层叠加而成，为实现三种材料的分别收集，隔膜电芯收集机构36设置为三组。如图17和图18所示，隔膜电芯收集机构36包括分别固定安装于机架4顶面上的鼓风机361和负压管道362，鼓风机361的出风口与负压管道362的出料端侧壁底部连通，负压管道362远离鼓风机361一侧的进料端管口垂直向下设置于插接管口344的上方，插接管口344可依次定位于各个进料端垂直管口的正下方，并可活动插接于垂直管口内。

[0066] 负压管道362的出料端设置有钣金结构364。如图18所示，钣金结构364具有与鼓风机361的出气口连通的环形腔体，环形腔体的顶部内侧设置有自上而下的导引通道，导引通道的内侧顶部设置有翼形截面的环形导流片。鼓风机361送出的气流进入该钣金结构364围成的独特的腔体结构内、并有异形截面的环形导流板导向后，基于伯努利定律，在钣金结构364的中空部位形成低压区，进而对负压管道362内空气起到导向作用，为电芯材料层的抽吸动作提供动力，且可有效避免电芯材料层进入该环形腔体内。该结构的优点是能够在管道内部实现无障碍物(如风扇叶片等)阻挡的高速气流，防止极片通过时发生缠绕堵塞的情况。负压管道362的出料端下方设置有集料箱363，机架4的侧面设置有用于放置集料箱363的放置架366。

[0067] 当静电吸盘35吸附某个材料层(如正极片)的自由端后，行走定位机构33工作并驱动静电吸盘升降机构34和静电吸盘35水平移动至相应的隔膜电芯收集机构36工作位置(对应为正极片的收集位置)，而后吸盘升降机构34反向工作驱动静电吸盘35上升复位。此时，升降平台343上的插接管口344正好插入对应位置上的负压管道362的进料端管口内，鼓风机361工作，负压管道362内形成由其进料端管口至出料端管口方向的单向气流(如图18中实线箭头所示路线)，从而将被静电吸盘35吸附的材料层吸入负压管道362内，并由负压管道362的出料端管口进入钣金结构364的底部(如图18中虚线箭头所示路线)，进而落入下方对应的集料箱363内。上层材料被静电吸盘35吸附并送入隔膜电芯收集机构36后，下一层材料则暴露出来，行走定位机构33驱动静电吸盘35复位至材料层的吸附位置，采用前述相同的方式，可分别完成另外三层材料(隔膜层、负极片层、隔膜层)层的吸附、转移和收集，其中两个隔膜层被吸附和送至同一隔膜电芯收集机构36中。如此，可实现三种不同材料的分别收集。

[0068] 优选的，插接管口344为方形管，其外壁上设置有橡胶层，负压管道362的进料端管口为与插接管口344向匹配的方形管，使得插接管口344与负压管道362对接时，对接处具有良好的密封效果，以使负压管道362的负压保持稳定，使吸附于静电吸盘35上的材料层可被顺利吸入负压管道362内。

[0069] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0070] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。