电池破碎机及其电池破碎方法.pdf

一种电池破碎机，由冲压机(1)、主动冲切模具(2)、被动冲切模具(3)、电池进料仓(4)、电池同步传送杆(5)、电池破碎料收集器(6)和电池导出槽(7)共同连接构成，其破碎方法是借助专门设计的冲切模具，依靠机械力使外壳与里面的物质分离。该破碎机可以对铁质和锌壳电池进行大批量破壳处理，有助于推动对废旧电池的回收利用进程。

1、  一种电池破碎机，其特征在于：它由冲压机(1)、主动冲切模具(2)、被动冲切模具(3)、电池进料仓(4)、电池同步传送杆(5)、电池破碎料收集器(6)和电池导出槽(7)共同连接构成，其相互位置与连接关系为：主动冲切模具(2)和被动冲切模具(3)分别安装在冲压机的头部及冲切床上；被动冲切模具(3)具有一个与主动冲切模具(2)和电池形状相匹配的开口(9)；电池进料仓(4)、电池同步传送杆(5)和电池导出槽(7)安装在冲切床被动冲切模具(3)的一边；电池同步传送杆(5)与冲压机(1)的动力装置相互连接，并与电池进料仓(4)和电池导出槽(7)之间活动连接，使冲压机(1)工作时电池同步传送杆(5)可以在电池导出槽(7)里同步来回运动；电池破碎料收集器(6)位于被动冲切模具(3)的下方。

2、  如权利要求1所述的电池破碎机，其特征在于：当待破碎的电池为柱状电池时，主动冲切模具(2)横截面和被动冲切模具开口(9)的形状为长方形，并且在长方形的两端各有一对与柱状电池两端面位置相对应的条形突起；主动冲切模具(2)横截面的长比被动冲切模具开口(9)的长小9-11mm，被动冲切模具开口(9)的长度比电池高度大2-6mm；主动冲切模具(2)横截面的宽比被动冲切模具开口(9)的宽小2-6mm，被动冲切模具开口(9)的宽度比电池直径小2-6mm。

3、  如权利要求1所述的电池破碎机，其特征在于：当待破碎的电池为扣式电池时，主动冲切模具(2)横截面和被动冲切模具开口(9)的形状为圆形，主动冲切模具(2)横截面的直径比被动冲切模具开口(9)的直径小2-6mm，被动冲切模具开口(9)的直径比电池的直径小2-6mm。

4、  如权利要求1所述的电池破碎机，其特征在于：当待破碎的电池为方型电池时，主动冲切模具(2)横截面和被动冲切模具开口(9)的形状为矩形，主动冲切模具(2)横截面的边比被动冲切模具开口(9)的对应边小2-6mm，被动冲切模具开口(9)的边比电池横截面的对应边小2-6mm。

5、  如权利要求1所述的电池破碎机，其特征在于：在被动冲切模具(3)上与电池进料仓(4)相对的一边还有一个用于限定电池位置的电池定位挡板(8)。

6、  如权利要求1所述的电池破碎机，其特征在于：所使用的冲压机(1)采用通用的电动或手动冲压机。

7、  如权利要求1所述的电池破碎机，其特征在于：电池同步传送杆(5)与冲压机(1)的动力装置之间的连接方式为齿轮连接。

8、  如权利要求1所述的电池破碎机，其特征在于：主动冲切模具(2)和被动冲切模具(3)采用硬质钢或硬质合金材料。

9、  如权利要求1所述电池破碎机进行电池破碎的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)加料：将待破碎的电池加入到电池进料仓(4)中；
(2)机器工作完成第一次破碎：启动冲压机(1)的动力装置，在动力装置的带动下，主动冲切模具(2)进行回位动作，电池同步传送杆(5)向前推进，把一粒电池放置到被动冲切模具(3)的工作部位上，接着电池同步传送杆(5)进行回位操作，与此同时主动冲切模具(2)向下运动进行冲切动作并把电池破碎开，然后进行回位，完成第一次操作，电池破碎料由电池破碎料收集器(6)回收；
(3)电池的批量破碎：在主动冲切模具(2)回位的同时，第二个电池进入电池进料仓(4)，并依步骤(2)同样操作完成第二个电池的破碎；依次类推，电池破碎机交替进行电池的进料和破碎动作，直至完成所有电池的破碎；关掉冲压机的动力装置，破碎机停止工作。

电池破碎机及其电池破碎方法
                    (一)技术领域
本发明涉及一种电池破碎设备及其电池破碎方法，可用于电池回收处理过程中破碎电池的外壳，最终实现电池外壳与电池内物质的分离。
                    (二)背景技术
包括铅酸、锌锰(包括酸性和碱性)、镉镍、锂离子、镍氢、锌银、锂锰等一次和二次电池在现代社会的各个领域的应用越来越普遍，电池消费已成为现代生活的重要组成部分。中国作为世界电池生产和消费大国，据《电池快讯》提供的数据显示，从2002年起其总量已超过200亿只/年(占世界同期总量的三分之一)并保持了较高(大于10％)的增长速度，现在我国每年生产电池需消耗多达几吨甚至几十万吨的汞、镉、铅、锌、锰、钴、镍、铜、硫酸、氢氧化钾等物质。但需要引起注意的是，与电池的生产和使用相对应，这些电池失效或者使用以后将产生同样数量的废旧电池必须处理。由于电池具有集中生产分散使用的特点，因此生成的废旧电池如果不能得到合理的收集和回收处理，如此大量的电池废弃物很容易进入土壤、水源及自然界的食物链中，从而对环境及人类生活造成危害，并造成资源的极大浪费，不符合现代社会可持续性发展的要求。
从技术上开发出经济先进工艺方法，对废旧电池进行回收处理，在消除废旧电池可能引起的环境污染的同时，实现电池中所含物质的再资源化一直是人们追求的目标。现在，有关对废旧电池进行处理的研究论文和专利报道已经有很多。其中，铅酸电池由于外型和使用场合的特殊性，这种电池很容易进行单独收集并已建立了较完备的回收处理体系。数量巨大的其它种类电池则一般体积很小，并被制备成圆柱型、扣式或方型。同时，单体电池的外壳材料一般采用了铁质材料(包括锌锰、镉镍、锂离子、镍氢、锂锰等电池)和锌壳(酸性锌锰电池)。在对电池进行处理时，人们通常都需要把电池的外壳打开并更关注对电池壳中物质的回收处理。这主要是因为电池壳中的物质往往对自然有害(如锌锰电池中的汞，镍镉电池中的镉)，或者具有很大的回收利用价值(如镍氢电池中的镍，锂离子电池中的钴)。因此，如何打开电池外壳并分离出回收价值较低的铁壳及锌壳，将对所开发的电池回收处理工艺具有很大的影响。
由于电池外壳特别是铁质外壳都具有很大的强度和韧性，并和里面的活性物质紧密结合在一起，这给破碎带来了很大的难度，尤其是在进行大批量破碎作业时。现有废旧电池回收处理专利所给出的处理工艺中，尽管大都提到了电池破碎，但提法很笼统含糊，往往不具有参考利用价值。其中，锌外壳电池由于锌外壳的强度较小，比较容易实现批量粉碎，在申请号分别为89108204.2，00131913.2，03220536三个中国专利申请中，已有关于对锌壳电池破碎设备的报道。但对于铁壳电池，由于采用传统的锌壳电池破碎方法进行破碎处理时，其结果则往往是使外壳与里面的物质更紧密的结合在一起，或者根本无法进行破碎。而如果采用诸如在机床上进行切割的办法来破碎电池外壳，因效率很低且操作成本高，因此仅具有实验室价值。
                   (三)发明的内容
本发明的目的是提供一种破碎电池的机器及其破碎电池的方法，其破碎方式是借助专门设计的模具，依靠机械力使外壳与里面的物质分离。这种方法可以很容易实现对铁质和锌壳电池进行大批量破壳处理，有效地解决了现在废旧电池回收处理时面临批量化电池破碎问题，有助于推动对废旧电池的回收利用进程。
具体的讲，本发明的电池破碎机由冲压机、主动冲切模具、被动冲切模具、电池进料仓、电池同步传送杆、电池破碎料收集器和电池导出槽共同连接构成，其相互位置与连接关系为：主动冲切模具和被动冲切模具分别安装在冲压机的头部及冲切床上；被动冲切模具具有一个与主动冲切模具和电池形状相匹配的开口；电池进料仓、电池同步传送杆和电池导出槽安装在冲切床被动冲切模具的一边；电池同步传送杆与冲压机的动力装置相互连接，并与电池进料仓和电池导出槽之间活动连接，使冲压机工作时电池同步传送杆可以在电池导出槽里同步来回运动；电池破碎料收集器位于被动冲切模具的下方。
在上述发明中，当待破碎的电池为柱状电池时，主动冲切模具横截面和被动冲切模具开口的形状为长方形，并且在长方形的两端各有一对与柱状电池两端面位置相对应的条形突起；主动冲切模具横截面的长比被动冲切模具开口地长小9-11mm，被动冲切模具开口的长度比电池高度大2-6mm；主动冲切模具横截面的宽比被动冲切模具开口的宽小2-6mm，被动冲切模具开口的宽度比电池直径小2-6mm。
当待破碎的电池为扣式电池时，主动冲切模具横截面和被动冲切模具开口的形状为圆形，主动冲切模具横截面的直径比被动冲切模具开口的直径小2-6mm，被动冲切模具开口(9)的直径比电池的直径小2-6mm。
当待破碎的电池为方型电池时，主动冲切模具横截面和被动冲切模具开口的形状为矩形，主动冲切模具横截面的边比被动冲切模具开口的对应边小2-6mm，被动冲切模具开口的边比电池横截面的对应边小2-6mm。
本发明中，在被动冲切模具上与电池进料仓相对的一边还有一个用于限定电池位置的电池定位挡板，它与电池导出槽共同限定电池破碎时的位置。
本发明所使用的冲压机采用通用的电动或手动冲压机。电池同步传送杆与冲压机的动力装置之间的连接方式为齿轮连接。主动冲切模具和被动冲切模具一般采用硬质钢或硬质合金材料。
采用本发明电池破碎机进行电池破碎的方法，其特征在于主要包括如下步骤：
(1)加料：将待破碎的电池加入到电池进料仓中。
(2)机器工作完成第一次破碎：启动冲压机的动力装置(根据所使用的冲压机的具体情况，如是电动冲压机则打开电源，如是手动则用人力拖动冲压机的动力传送装置)，在动力装置的带动下，主动冲切模具进行回位动作，电池同步传送杆向前推进，把一粒电池放置到被动冲切模具的工作部位(即开口部位)上，接着电池同步传送杆进行回位操作，与此同时主动冲切模具向下运动进行冲切动作并把电池破碎开，然后进行回位，完成第一次操作，电池破碎料由电池破碎料收集器回收。
(3)电池的批量破碎：在主动冲切模具回位的同时，第二个电池进入电池进料仓，并依步骤(2)同样操作完成第二个电池的破碎；依次类推，破碎机交替进行电池的进料和破碎动作，直至完成所有电池的破碎；关掉冲压机的动力装置，破碎机停止工作。当然，在这个过程中，机器的操作者需要不断补充到电池进料仓，从而实现电池的连续化破碎操作。
工作原理如下所述：
1、电池破碎
电池的破碎功能主要由主动冲切模具和被动冲切模具完成。其中，主动冲切模具安装在冲压机的头部，被动冲切模具安装在冲压机的冲切床上。破碎机工作时，首先由电池进料部件把要破碎的电池放置到被动冲切模具上，然后在来自于冲压机动力装置的作用下，主动冲切模具开始动作，由于主动冲切模具冲切部位的尺寸比被动冲切模具的小，被动冲切模具与电池接触部位的尺寸又比电池的小，因此在主动冲切模具机械冲切力的作用下，电池的外壳与被动冲切模具接触部位被撕开，约占电池外壳3/4面积的上面部分紧贴主动冲切模具的冲切部位，变成一个凹槽状，实现与电池的其它部分的分离，并落入电池破碎料收集器中。
2、电池进料
主要由电池进料仓、电池同步传送杆、电池导出槽和电池定位挡板这些部件实现电池的进料功能。并被安装在冲压机冲切床上被动冲切模具的一边。电池进料仓的作用是接受外边放入的电池，并在安装于其下部的电池同步传送杆的作用下，能够通过电池导出槽而被放置到被动冲切模具上。其中，电池同步传送杆的动力来源和电池破碎部分一样，都是来自于冲压机的动力装置。
在破碎机工作时，由于电池进料和电池破碎都是通过由相连的多组齿轮从冲压机的动力装置获得动力，因此，电池的破碎和进料动作是协调的。其中，当电池进料部分的电池同步传送杆在冲压机动力装置的带动下发生动作，实现向被动冲切模具上放置电池时，主动冲切模具则在冲压机动力装置的作用下离开被动冲切模具进行回位操作。相应地，当主动冲切模具执行冲切动作时，电池进料系统的电池同步传送杆则执行回位操作，从而最终实现整个系统的冲切操作和电池进料操作的协调进行。而安装在被动冲切模具上的电池定位挡板则起到协助定位的作用，以使电池能够准确地被放入被动冲切模具上。
本发明具有如下的优点和效果：
1、设备的制备和操作简单，可进行全自动连续化作业生产，生产能力大而生产成本低。
2、该电池破碎机可以用于破碎包括柱状、扣式和方型的一次及二次电池，电池的外壳可以是铁质外壳、锌外壳和铝外壳，在具体分切粉碎某一种类的电池时，只需把冲切模具及其模具尺寸进行必要的更换和修改即可，而这些模具又很容易制备，使得设备具有很好的实用性能。
                    (四)附图说明
图1为本发明电池破碎机的结构示意图。
图2为破碎柱状电池用主动冲切模具的冲切面示意图和被动冲切模具俯视示意图。
图3为破碎扣式电池用主动冲切模具的冲切面示意图和被动冲切模具俯视示意图。
图4为破碎方型电池用主动冲切模具的冲切面示意图和被动冲切模具俯视示意图。
                  (五)具体的实施方式
实施例1：
附图1为本发明电池破碎机的结构示意图。在图中，1为冲压机、2为主动冲切模具、3为被动冲切模具、4为电池进料仓、5为电池同步传送杆、6为电池破碎料收集器、7电池导出槽、8为电池定位挡板。
下面结合附图1对本发明的一个破碎柱状AA型电池的应用实例进行详细的描述。电池的高度和直径分别为49mm和14mm。电池破碎机上安装如图2所示的冲切模具(包括主动冲切模具和被动冲切模具，图中9表示被动冲切模具开口)，其中，主动冲切模具给出的是冲切面示意图，左右两边的突起部分可起到冲切刀口的作用，被动冲切模具为俯视示意图。主动冲切模具的主要尺寸控制为a＝44mm，b＝9mm，c＝19mm，d＝1mm，被动冲切模具中a’＝54mm，b’＝11mm，c’＝21mm，d’＝3mm。当然，图中a、a’、b、b’以及电池尺寸之间的关系不是完全固定的，要根据电池壁的厚度等情况作出适当调整，但要保证主动冲切模具横截面的长比被动冲切模具开口的长小9-11mm，被动冲切模具开口的长度比电池高度大2-6mm，主动冲切模具横截面的宽比被动冲切模具开口的宽小2-6mm，被动冲切模具开口的宽度比电池直径小2-6mm。
电池破碎机的工作过程如下所述：把要破碎的电池放入电池进料仓4中。打开冲压机的动力装置，冲压机的动力通过齿轮传送系统传递给安装于电池进料仓4下边的电池同步传送杆5上，在它的作用下，电池进料仓4中最下边的一颗电池被推出，并通过电池导出槽7而被放置到被动冲切模具上。由于被动冲切模具的开孔宽度比电池的直径为小，电池通过电池导出槽7后，在安装于被动冲切模具3上的定位挡板8作用下，能被准确地放置到被动冲切模具开口9上。
待一支要被破碎的电池放在被动冲切模具3上以后，在齿轮动力传送系统的作用下，电池同步传送杆5进行回位操作，而同时，安装在冲压机头部的主动冲切模具2向下运动，依靠机械作用力把电池冲切开。其中，由于主动冲切模具2冲切部位的宽度比被动冲切模具3的开孔宽度小，这使得在主动冲切模具的作用下，电池的外壳与被动冲切模具3接触部位被撕开。在这个过程中，约占电池外壳3/4面积的上面部分紧贴主动冲切模具2的冲切部位，变成一个凹槽状，与电池的其它部分分离并落入电池破碎料收集器6中；此外，主动冲切模具2的冲切部位与电池的顶端及底部平行两面之间的距离(主动冲切模具的长度)小于电池的高度，在冲切的过程中，在两端的冲切刀口的作用下，又可使电池的顶端和底部与电池体分离。最终在如上两方面的冲切作用下，可完成把电池外壳与电池里面所含物质分离的预期目的。
选用合适的齿轮组成动力传送系统，把破碎机调整为每分钟可进行100次的进料和冲切动作，即可破碎100个AA型电池。待要破碎电池破碎完毕后，关掉冲压机的动力装置，在后对机器进行必要的清扫及保养后完成操作。
实施例2：
破碎直径为20±0.5mm的扣式电池。其它内容与操作同实施例1，所不同的是，在破碎扣式电池时采用如图3所示的冲切模具，其中，主动冲切模具给出的是冲切面示意图，被动冲切模具为俯视示意图，主动冲切模具切面为圆形，其直径a＝15mm，被动冲切模具圆形开口9的直径a’＝17mm。当然，图中a、a’以及电池直径之间的关系不是完全固定的，要根据电池壁的厚度等情况作出适当调整，但必须保证主动冲切模具横截面的直径比被动冲切模具开口的直径小2-6mm，被动冲切模具开口(9)的直径比电池的直径小2-6mm。
实施例3：
破碎长和宽分别是36±0.5mm和28±0.5mm的方型电池。其它内容与操作同实施例1，所不同的是，在破碎方型电池时采用如图4所示的冲切模具，其中，主动冲切模具给出的是冲切面示意图，被动冲切模具为俯视示意图，主动冲切模具中a＝30mm，b＝22mm，被动冲切模具中a’＝32mm，b’＝24mm。当然，图中a、a’、b、b’以及电池尺寸之间的关系不是完全固定的，要根据电池壁的厚度等情况作出适当调整，但要保证主动冲切模具横截面的边比被动冲切模具开口的对应边小2-6mm，被动冲切模具开口的边比电池横截面的对应边小2-6mm。
在上述实施例1-3中，分别只是举出一个具体尺寸的电池的破碎方法，当电池的尺寸变化时，主动冲切模具和被动冲切模具的尺寸均必须相应调整。