專利名稱：電池破碎機及其電池破碎方法
技術領域：
本發明涉及一種電池破碎設備及其電池破碎方法，可用于電池回收處理過程中破碎電池的外殼，最終實現電池外殼與電池內物質的分離。
背景技術：
包括鉛酸、鋅錳(包括酸性和堿性)、鎘鎳、鋰離子、鎳氫、鋅銀、鋰錳等一次和二次電池在現代社會的各個領域的應用越來越普遍，電池消費已成為現代生活的重要組成部分。中國作為世界電池生產和消費大國，據《電池快訊》提供的數據顯示，從2002年起其總量已超過200億只/年(占世界同期總量的三分之一)并保持了較高(大于10％)的增長速度，現在我國每年生產電池需消耗多達幾噸甚至幾十萬噸的汞、鎘、鉛、鋅、錳、鈷、鎳、銅、硫酸、氫氧化鉀等物質。但需要引起注意的是，與電池的生產和使用相對應，這些電池失效或者使用以后將產生同樣數量的廢舊電池必須處理。由于電池具有集中生產分散使用的特點，因此生成的廢舊電池如果不能得到合理的收集和回收處理，如此大量的電池廢棄物很容易進入土壤、水源及自然界的食物鏈中，從而對環境及人類生活造成危害，并造成資源的極大浪費，不符合現代社會可持續性發展的要求。
從技術上開發出經濟先進工藝方法，對廢舊電池進行回收處理，在消除廢舊電池可能引起的環境污染的同時，實現電池中所含物質的再資源化一直是人們追求的目標。現在，有關對廢舊電池進行處理的研究論文和專利報道已經有很多。其中，鉛酸電池由于外型和使用場合的特殊性，這種電池很容易進行單獨收集并已建立了較完備的回收處理體系。數量巨大的其它種類電池則一般體積很小，并被制備成圓柱型、扣式或方型。同時，單體電池的外殼材料一般采用了鐵質材料(包括鋅錳、鎘鎳、鋰離子、鎳氫、鋰錳等電池)和鋅殼(酸性鋅錳電池)。在對電池進行處理時，人們通常都需要把電池的外殼打開并更關注對電池殼中物質的回收處理。這主要是因為電池殼中的物質往往對自然有害(如鋅錳電池中的汞，鎳鎘電池中的鎘)，或者具有很大的回收利用價值(如鎳氫電池中的鎳，鋰離子電池中的鈷)。因此，如何打開電池外殼并分離出回收價值較低的鐵殼及鋅殼，將對所開發的電池回收處理工藝具有很大的影響。
由于電池外殼特別是鐵質外殼都具有很大的強度和韌性，并和里面的活性物質緊密結合在一起，這給破碎帶來了很大的難度，尤其是在進行大批量破碎作業時。現有廢舊電池回收處理專利所給出的處理工藝中，盡管大都提到了電池破碎，但提法很籠統含糊，往往不具有參考利用價值。其中，鋅外殼電池由于鋅外殼的強度較小，比較容易實現批量粉碎，在申請號分別為89108204.2，00131913.2，03220536三個中國專利申請中，已有關于對鋅殼電池破碎設備的報道。但對于鐵殼電池，由于采用傳統的鋅殼電池破碎方法進行破碎處理時，其結果則往往是使外殼與里面的物質更緊密的結合在一起，或者根本無法進行破碎。而如果采用諸如在機床上進行切割的辦法來破碎電池外殼，因效率很低且操作成本高，因此僅具有實驗室價值。
(三)發明的內容本發明的目的是提供一種破碎電池的機器及其破碎電池的方法，其破碎方式是借助專門設計的模具，依靠機械力使外殼與里面的物質分離。這種方法可以很容易實現對鐵質和鋅殼電池進行大批量破殼處理，有效地解決了現在廢舊電池回收處理時面臨批量化電池破碎問題，有助于推動對廢舊電池的回收利用進程。
具體的講，本發明的電池破碎機由沖壓機、主動沖切模具、被動沖切模具、電池進料倉、電池同步傳送桿、電池破碎料收集器和電池導出槽共同連接構成，其相互位置與連接關系為主動沖切模具和被動沖切模具分別安裝在沖壓機的頭部及沖切床上；被動沖切模具具有一個與主動沖切模具和電池形狀相匹配的開口；電池進料倉、電池同步傳送桿和電池導出槽安裝在沖切床被動沖切模具的一邊；電池同步傳送桿與沖壓機的動力裝置相互連接，并與電池進料倉和電池導出槽之間活動連接，使沖壓機工作時電池同步傳送桿可以在電池導出槽里同步來回運動；電池破碎料收集器位于被動沖切模具的下方。
在上述發明中，當待破碎的電池為柱狀電池時，主動沖切模具橫截面和被動沖切模具開口的形狀為長方形，并且在長方形的兩端各有一對與柱狀電池兩端面位置相對應的條形突起；主動沖切模具橫截面的長比被動沖切模具開口的長小9-11mm，被動沖切模具開口的長度比電池高度大2-6mm；主動沖切模具橫截面的寬比被動沖切模具開口的寬小2-6mm，被動沖切模具開口的寬度比電池直徑小2-6mm。
當待破碎的電池為扣式電池時，主動沖切模具橫截面和被動沖切模具開口的形狀為圓形，主動沖切模具橫截面的直徑比被動沖切模具開口的直徑小2-6mm，被動沖切模具開口(9)的直徑比電池的直徑小2-6mm。
當待破碎的電池為方型電池時，主動沖切模具橫截面和被動沖切模具開口的形狀為矩形，主動沖切模具橫截面的邊比被動沖切模具開口的對應邊小2-6mm，被動沖切模具開口的邊比電池橫截面的對應邊小2-6mm。
本發明中，在被動沖切模具上與電池進料倉相對的一邊還有一個用于限定電池位置的電池定位擋板，它與電池導出槽共同限定電池破碎時的位置。
本發明所使用的沖壓機采用通用的電動或手動沖壓機。電池同步傳送桿與沖壓機的動力裝置之間的連接方式為齒輪連接。主動沖切模具和被動沖切模具一般采用硬質鋼或硬質合金材料。
采用本發明電池破碎機進行電池破碎的方法，其特征在于主要包括如下步驟(1)加料將待破碎的電池加入到電池進料倉中。
(2)機器工作完成第一次破碎啟動沖壓機的動力裝置(根據所使用的沖壓機的具體情況，如是電動沖壓機則打開電源，如是手動則用人力拖動沖壓機的動力傳送裝置)，在動力裝置的帶動下，主動沖切模具進行回位動作，電池同步傳送桿向前推進，把一粒電池放置到被動沖切模具的工作部位(即開口部位)上，接著電池同步傳送桿進行回位操作，與此同時主動沖切模具向下運動進行沖切動作并把電池破碎開，然后進行回位，完成第一次操作，電池破碎料由電池破碎料收集器回收。
(3)電池的批量破碎在主動沖切模具回位的同時，第二個電池進入電池進料倉，并依步驟(2)同樣操作完成第二個電池的破碎；依次類推，破碎機交替進行電池的進料和破碎動作，直至完成所有電池的破碎；關掉沖壓機的動力裝置，破碎機停止工作。當然，在這個過程中，機器的操作者需要不斷補充到電池進料倉，從而實現電池的連續化破碎操作。
工作原理如下所述1、電池破碎電池的破碎功能主要由主動沖切模具和被動沖切模具完成。其中，主動沖切模具安裝在沖壓機的頭部，被動沖切模具安裝在沖壓機的沖切床上。破碎機工作時，首先由電池進料部件把要破碎的電池放置到被動沖切模具上，然后在來自于沖壓機動力裝置的作用下，主動沖切模具開始動作，由于主動沖切模具沖切部位的尺寸比被動沖切模具的小，被動沖切模具與電池接觸部位的尺寸又比電池的小，因此在主動沖切模具機械沖切力的作用下，電池的外殼與被動沖切模具接觸部位被撕開，約占電池外殼3/4面積的上面部分緊貼主動沖切模具的沖切部位，變成一個凹槽狀，實現與電池的其它部分的分離，并落入電池破碎料收集器中。
2、電池進料主要由電池進料倉、電池同步傳送桿、電池導出槽和電池定位擋板這些部件實現電池的進料功能。并被安裝在沖壓機沖切床上被動沖切模具的一邊。電池進料倉的作用是接受外邊放入的電池，并在安裝于其下部的電池同步傳送桿的作用下，能夠通過電池導出槽而被放置到被動沖切模具上。其中，電池同步傳送桿的動力來源和電池破碎部分一樣，都是來自于沖壓機的動力裝置。
在破碎機工作時，由于電池進料和電池破碎都是通過由相連的多組齒輪從沖壓機的動力裝置獲得動力，因此，電池的破碎和進料動作是協調的。其中，當電池進料部分的電池同步傳送桿在沖壓機動力裝置的帶動下發生動作，實現向被動沖切模具上放置電池時，主動沖切模具則在沖壓機動力裝置的作用下離開被動沖切模具進行回位操作。相應地，當主動沖切模具執行沖切動作時，電池進料系統的電池同步傳送桿則執行回位操作，從而最終實現整個系統的沖切操作和電池進料操作的協調進行。而安裝在被動沖切模具上的電池定位擋板則起到協助定位的作用，以使電池能夠準確地被放入被動沖切模具上。
本發明具有如下的優點和效果1、設備的制備和操作簡單，可進行全自動連續化作業生產，生產能力大而生產成本低。
2、該電池破碎機可以用于破碎包括柱狀、扣式和方型的一次及二次電池，電池的外殼可以是鐵質外殼、鋅外殼和鋁外殼，在具體分切粉碎某一種類的電池時，只需把沖切模具及其模具尺寸進行必要的更換和修改即可，而這些模具又很容易制備，使得設備具有很好的實用性能。
圖1為本發明電池破碎機的結構示意圖。
圖2為破碎柱狀電池用主動沖切模具的沖切面示意圖和被動沖切模具俯視示意圖。
圖3為破碎扣式電池用主動沖切模具的沖切面示意圖和被動沖切模具俯視示意圖。
圖4為破碎方型電池用主動沖切模具的沖切面示意圖和被動沖切模具俯視示意圖。
(五)具體的實施方式實施例1附圖1為本發明電池破碎機的結構示意圖。在圖中，1為沖壓機、2為主動沖切模具、3為被動沖切模具、4為電池進料倉、5為電池同步傳送桿、6為電池破碎料收集器、7電池導出槽、8為電池定位擋板。
下面結合附圖1對本發明的一個破碎柱狀AA型電池的應用實例進行詳細的描述。電池的高度和直徑分別為49mm和14mm。電池破碎機上安裝如圖2所示的沖切模具(包括主動沖切模具和被動沖切模具，圖中9表示被動沖切模具開口)，其中，主動沖切模具給出的是沖切面示意圖，左右兩邊的突起部分可起到沖切刀口的作用，被動沖切模具為俯視示意圖。主動沖切模具的主要尺寸控制為a＝44mm，b＝9mm，c＝19mm，d＝1mm，被動沖切模具中a’＝54mm，b’＝11mm，c’＝21mm，d’＝3mm。當然，圖中a、a’、b、b’以及電池尺寸之間的關系不是完全固定的，要根據電池壁的厚度等情況作出適當調整，但要保證主動沖切模具橫截面的長比被動沖切模具開口的長小9-11mm，被動沖切模具開口的長度比電池高度大2-6mm，主動沖切模具橫截面的寬比被動沖切模具開口的寬小2-6mm，被動沖切模具開口的寬度比電池直徑小2-6mm。
電池破碎機的工作過程如下所述把要破碎的電池放入電池進料倉4中。打開沖壓機的動力裝置，沖壓機的動力通過齒輪傳送系統傳遞給安裝于電池進料倉4下邊的電池同步傳送桿5上，在它的作用下，電池進料倉4中最下邊的一顆電池被推出，并通過電池導出槽7而被放置到被動沖切模具上。由于被動沖切模具的開孔寬度比電池的直徑為小，電池通過電池導出槽7后，在安裝于被動沖切模具3上的定位擋板8作用下，能被準確地放置到被動沖切模具開口9上。
待一支要被破碎的電池放在被動沖切模具3上以后，在齒輪動力傳送系統的作用下，電池同步傳送桿5進行回位操作，而同時，安裝在沖壓機頭部的主動沖切模具2向下運動，依靠機械作用力把電池沖切開。其中，由于主動沖切模具2沖切部位的寬度比被動沖切模具3的開孔寬度小，這使得在主動沖切模具的作用下，電池的外殼與被動沖切模具3接觸部位被撕開。在這個過程中，約占電池外殼3/4面積的上面部分緊貼主動沖切模具2的沖切部位，變成一個凹槽狀，與電池的其它部分分離并落入電池破碎料收集器6中；此外，主動沖切模具2的沖切部位與電池的頂端及底部平行兩面之間的距離(主動沖切模具的長度)小于電池的高度，在沖切的過程中，在兩端的沖切刀口的作用下，又可使電池的頂端和底部與電池體分離。最終在如上兩方面的沖切作用下，可完成把電池外殼與電池里面所含物質分離的預期目的。
選用合適的齒輪組成動力傳送系統，把破碎機調整為每分鐘可進行100次的進料和沖切動作，即可破碎100個AA型電池。待要破碎電池破碎完畢后，關掉沖壓機的動力裝置，在后對機器進行必要的清掃及保養后完成操作。
實施例2破碎直徑為20±0.5mm的扣式電池。其它內容與操作同實施例1，所不同的是，在破碎扣式電池時采用如圖3所示的沖切模具，其中，主動沖切模具給出的是沖切面示意圖，被動沖切模具為俯視示意圖，主動沖切模具切面為圓形，其直徑a＝15mm，被動沖切模具圓形開口9的直徑a’＝17mm。當然，圖中a、a’以及電池直徑之間的關系不是完全固定的，要根據電池壁的厚度等情況作出適當調整，但必須保證主動沖切模具橫截面的直徑比被動沖切模具開口的直徑小2-6mm，被動沖切模具開口(9)的直徑比電池的直徑小2-6mm。
實施例3破碎長和寬分別是36±0.5mm和28±0.5mm的方型電池。其它內容與操作同實施例1，所不同的是，在破碎方型電池時采用如圖4所示的沖切模具，其中，主動沖切模具給出的是沖切面示意圖，被動沖切模具為俯視示意圖，主動沖切模具中a＝30mm，b＝22mm，被動沖切模具中a’＝32mm，b’＝24mm。當然，圖中a、a’、b、b’以及電池尺寸之間的關系不是完全固定的，要根據電池壁的厚度等情況作出適當調整，但要保證主動沖切模具橫截面的邊比被動沖切模具開口的對應邊小2-6mm，被動沖切模具開口的邊比電池橫截面的對應邊小2-6mm。
在上述實施例1-3中，分別只是舉出一個具體尺寸的電池的破碎方法，當電池的尺寸變化時，主動沖切模具和被動沖切模具的尺寸均必須相應調整。
權利要求
1.一種電池破碎機，其特征在于它由沖壓機(1)、主動沖切模具(2)、被動沖切模具(3)、電池進料倉(4)、電池同步傳送桿(5)、電池破碎料收集器(6)和電池導出槽(7)共同連接構成，其相互位置與連接關系為主動沖切模具(2)和被動沖切模具(3)分別安裝在沖壓機的頭部及沖切床上；被動沖切模具(3)具有一個與主動沖切模具(2)和電池形狀相匹配的開口(9)；電池進料倉(4)、電池同步傳送桿(5)和電池導出槽(7)安裝在沖切床被動沖切模具(3)的一邊；電池同步傳送桿(5)與沖壓機(1)的動力裝置相互連接，并與電池進料倉(4)和電池導出槽(7)之間活動連接，使沖壓機(1)工作時電池同步傳送桿(5)可以在電池導出槽(7)里同步來回運動；電池破碎料收集器(6)位于被動沖切模具(3)的下方。
2.如權利要求1所述的電池破碎機，其特征在于當待破碎的電池為柱狀電池時，主動沖切模具(2)橫截面和被動沖切模具開口(9)的形狀為長方形，并且在長方形的兩端各有一對與柱狀電池兩端面位置相對應的條形突起；主動沖切模具(2)橫截面的長比被動沖切模具開口(9)的長小9-11mm，被動沖切模具開口(9)的長度比電池高度大2-6mm；主動沖切模具(2)橫截面的寬比被動沖切模具開口(9)的寬小2-6mm，被動沖切模具開口(9)的寬度比電池直徑小2-6mm。
3.如權利要求1所述的電池破碎機，其特征在于當待破碎的電池為扣式電池時，主動沖切模具(2)橫截面和被動沖切模具開口(9)的形狀為圓形，主動沖切模具(2)橫截面的直徑比被動沖切模具開口(9)的直徑小2-6mm，被動沖切模具開口(9)的直徑比電池的直徑小2-6mm。
4.如權利要求1所述的電池破碎機，其特征在于當待破碎的電池為方型電池時，主動沖切模具(2)橫截面和被動沖切模具開口(9)的形狀為矩形，主動沖切模具(2)橫截面的邊比被動沖切模具開口(9)的對應邊小2-6mm，被動沖切模具開口(9)的邊比電池橫截面的對應邊小2-6mm。
5.如權利要求1所述的電池破碎機，其特征在于在被動沖切模具(3)上與電池進料倉(4)相對的一邊還有一個用于限定電池位置的電池定位擋板(8)。
6.如權利要求1所述的電池破碎機，其特征在于所使用的沖壓機(1)采用通用的電動或手動沖壓機。
7.如權利要求1所述的電池破碎機，其特征在于電池同步傳送桿(5)與沖壓機(1)的動力裝置之間的連接方式為齒輪連接。
8.如權利要求1所述的電池破碎機，其特征在于主動沖切模具(2)和被動沖切模具(3)采用硬質鋼或硬質合金材料。
9.如權利要求1所述電池破碎機進行電池破碎的方法，其特征在于包括如下步驟(1)加料將待破碎的電池加入到電池進料倉(4)中；(2)機器工作完成第一次破碎啟動沖壓機(1)的動力裝置，在動力裝置的帶動下，主動沖切模具(2)進行回位動作，電池同步傳送桿(5)向前推進，把一粒電池放置到被動沖切模具(3)的工作部位上，接著電池同步傳送桿(5)進行回位操作，與此同時主動沖切模具(2)向下運動進行沖切動作并把電池破碎開，然后進行回位，完成第一次操作，電池破碎料由電池破碎料收集器(6)回收；(3)電池的批量破碎在主動沖切模具(2)回位的同時，第二個電池進入電池進料倉(4)，并依步驟(2)同樣操作完成第二個電池的破碎；依次類推，電池破碎機交替進行電池的進料和破碎動作，直至完成所有電池的破碎；關掉沖壓機的動力裝置，破碎機停止工作。
全文摘要
一種電池破碎機，由沖壓機(1)、主動沖切模具(2)、被動沖切模具(3)、電池進料倉(4)、電池同步傳送桿(5)、電池破碎料收集器(6)和電池導出槽(7)共同連接構成，其破碎方法是借助專門設計的沖切模具，依靠機械力使外殼與里面的物質分離。該破碎機可以對鐵質和鋅殼電池進行大批量破殼處理，有助于推動對廢舊電池的回收利用進程。
文檔編號H01M10/54GK1600434SQ20041005192
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月22日 優先權日2004年10月22日
發明者南俊民, 夏信德, 羅杰, 韓東梅 申請人:華南師范大學