本發明屬于固體廢棄物回收技術領域，特別涉及一種鋰離子電池激光拆解裝置，可利用激光切割分解廢舊鋰離子電池。

背景技術：

隨著鋰離子電池的廣泛應用，數量龐大的廢舊鋰離子電池對環境的壓力也越來越大，同時如果簡單廢棄而不加以回收利用，也是對資源的巨大浪費。

鋰離子電池由最外部的不銹鋼層和內層的塑料膜、銅膜、鋁膜等卷層組成，在傳統方法對廢舊電池處理過程中，通過沖擊、擠壓等機械的方法將電池整體破碎，形成鐵、銅、鋁、碳等不同材料的混合體，該過程要求電池要充分放電，以避免機械破碎造成的爆炸危險；分離過程利用混合體中不同材料密度、磁性、電性的物理性質的不同，通過風選、磁選、振動等分離技術分離出鐵、銅、鋁、碳等材料的碎片，由于材料混合徹底，分離后的各種材料純度低，其相應的市場價值也低。由此可見，傳統廢舊電池處理方法存在回收率低、安全隱患高、對環境可以造成二次污染等問題，亟需一種新的廢舊電池拆解加工方法。

在各種新興的加工技術中，激光加工具有非接觸、高效、熱輸入量小等優點，在汽車、模具、電子等行業獲得了廣泛應用，但由于廢舊鋰離子電池具有的自身變形和特殊層次結構的特點，直接利用現有的激光裝置還無法實現對其進行高效、可靠的切割拆解。

技術實現要素：

針對現有的激光裝置無法對廢舊鋰離子電池進行高效、可靠的切割拆解的技術問題，本發明實施例提出了一種鋰離子電池激光拆解裝置，利用激光束將廢舊電池金屬外殼切開，同時盡量減小對電池內層膜的破壞；具有效率高、對變形電池適用性高的優點。

為解決上述技術問題，本發明的實施例提供一種鋰離子電池激光拆解裝置，所述裝置包括激光發生器、掃描振鏡、聚焦單元、旋轉工作臺、距離反饋單元、變焦機構和控制單元，其中：

所述旋轉工作臺中固定放置電池，所述電池可隨所述旋轉工作臺旋轉；所述激光發生器出射光路中依次設置有所述變焦機構和所述掃描振鏡，所述掃描振鏡的出射光路中依次設置所述聚焦單元和所述旋轉工作臺，自所述聚焦單元出射的激光束會聚在所述旋轉工作臺中放置的所述電池的外殼上；所述控制單元分別連接并控制所述激光發生器、掃描振鏡、旋轉工作臺和變焦機構的動作，可以實現對激光與振鏡的同步控制，同時可以實現對激光與旋轉工作臺的同步控制，所述控制單元還與所述距離反饋單元連接；所述距離反饋單元設置于所述聚焦單元出射光路的一側，用于檢測所述電池的外殼與激光束焦點的距離并將結果反饋至所述控制單元。

優選地，所述激光發生器為脈沖激光器；進一步優選地，所述脈沖激光器為納秒光纖激光器。

優選地，所述聚焦單元為平場透鏡；進一步優選地，所述平場透鏡采用遠心平場透鏡。

優選地，所述旋轉工作臺包括電機、旋轉機構和夾頭，所述夾頭用于夾持電池，所述旋轉機構連接所述電機的輸出端和所述夾頭；進一步優選地，所述電機為步進電機或伺服電機。

優選地，所述距離反饋單元包括激光位置傳感器。

優選地，在所述激光發生器和所述掃描振鏡之間的光路中設置有擴束鏡；進一步優選地，所述擴束鏡集成在所述控制單元中。

本發明提供的裝置利用激光束切割廢舊電池金屬，實現對廢舊鋰子電池的拆解，實施例所述技術方案的有益效果如下：

1.由于掃描振鏡激光掃描速度快，用掃描振鏡實現對電池外殼軸向切割，用旋轉工作臺帶動電池旋轉實現對電池金屬外殼的圓周方向切割，掃描振鏡和旋轉工作臺配合切割有效提高了電池拆解效率；

2.直接利用激光切割廢舊電池的金屬外殼，電池金屬外殼和內層膜不需要進行破碎，相比傳統拆解方法具有更高的回收率；

3.由于廢舊鋰離子電池經常具有一定量的自身變形，通過距離反饋單元和變焦機構的設計使得本裝置在拆解變形電池方面具有一定的適用性。

附圖說明

圖1為本發明實施例的鋰離子電池激光拆解裝置結構立體圖；

圖2為本發明實施例的鋰離子電池激光拆解裝置系統結構示意圖；

圖3為本發明實施例切割電池時的兩種切割路徑示意。

［主要元件符號說明］

1-激光發生器；2-掃描振鏡；3-聚焦單元；4-旋轉工作臺；5-距離反饋單元；6-變焦機構；7-控制單元；8-軸向切割路徑；9-周向切割路徑。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發明針對現有的技術問題，提供了一種鋰離子電池激光拆解裝置，可利用激光束將廢舊電池金屬外殼切開。

如圖1所示的實施例中，所述鋰離子電池激光拆解裝置包括掃描振鏡2、聚焦單元3、旋轉工作臺4、距離反饋單元5、變焦機構6和控制單元7，還包括用于在入射掃描振鏡2之前對激光束進行擴束的擴束鏡，以及其它的形成光路必要的光束傳導部件，其中：

旋轉工作臺4中固定放置電池，電池可隨旋轉工作臺4旋轉；激光發生器1出射光路中依次設置有變焦機構6和掃描振鏡2，掃描振鏡2的出射光路中依次設置聚焦單元3和旋轉工作臺4，由聚焦單元3出射的激光束會聚在旋轉工作臺4中放置的電池的外殼上；控制單元7分別連接并控制激光發生器1、掃描振鏡2、旋轉工作臺4和變焦機構6的動作，控制單元7還與距離反饋單元5連接；距離反饋單元5設置于聚焦單元3出射光路的一側。

作為具體實施方式，激光發生器1采用脈沖激光，因其具有極高的峰值功率，足以將電池金屬外殼材料瞬間氣化去除。激光發生器1可選用納秒光纖激光器（脈寬為1~100ns、波長為1030~1080nm）、二倍頻（波長532nm）或三倍頻（355nm）的固體激光器產生。作為更佳的實施方式，采用波長為1064nm的納秒脈沖光纖激光器。本實施例中激光發生器1采用平均功率為200w、波長為1064nm的納秒光纖激光器，出射光束直徑為5mm。

擴束鏡根據振鏡要求光束直徑大小和激光發生器出射光束的直徑大小比值設置，可以設置不同的倍率，設置為一倍擴束情況下即相當于未設置擴束鏡。本實施例中，擴束鏡集成在控制單元7中，作為較佳的實施方式，使用三倍擴束鏡。

本實施例中，從激光發生器1出射的激光束首先經三倍擴束鏡，光束直徑變為15mm。擴束后的光束經過變焦機構6變焦后入射到掃描振鏡2中，掃描振鏡2控制激光光束的偏轉方向，再經過聚焦單元3聚焦于金屬外殼表面。變焦機構6用于控制激光束焦點在傳播方向上的位移，可以通過前后移動透鏡來移動焦點實現變焦調節。掃描振鏡2與聚焦單元3配合使用，使得激光焦點在平面內快速移動，實現在激光束在電池軸向的運動和切割；聚焦單元3可以為平場透鏡，更佳的可選用遠心平場透鏡，遠心平場透鏡可使得激光束盡量垂直作用于電池外殼表面，使激光束對電池外殼切割具有更好的一致性。

切割時，待處理的廢舊鋰離子電池固定于旋轉工作臺4上。旋轉工作臺4可通過電機帶動電池進行旋轉運動，實現聚焦于外殼位置的激光束對圓周方向的切割。旋轉工作臺4包括電機、旋轉機構和夾頭。電機可以為步進電機，也可以為伺服電機等，考慮到旋轉速度及旋轉精度，優選交流伺服電機；夾頭用于夾持電池，旋轉機構用于連接伺服電機和夾頭。

本實施例中，在掃描振鏡2一側布置距離反饋單元5，用于檢測電池金屬外殼距激光焦點的距離，也相當于電池金屬外殼和激光加工頭間的距離。具體地，采用激光位置傳感器來采集電池旋轉過程中高度起伏變化，并將采集到的數據反饋給控制單元7。

本裝置的控制系統結構如圖2所示，控制單元7對本發明系統中各部分進行統籌控制，使各部分協同工作，形成完整的一體。具體地，控制單元7實現對激光發生器1與掃描振鏡2、激光發生器1與旋轉工作臺4動作的同步控制；同時控制單元7收到距離反饋單元5反饋至的距離數據，根據距離數據實時控制變焦機構，使得激光束焦點始終處于電池金屬外殼表面。控制單元7同步控制激光發生器1與掃描振鏡2動作實現電池軸向掃描切割，如圖3中虛線所示的軸向切割路徑8；同步控制激光發生器1與旋轉工作臺4配合，實現電池圓周方向的旋轉切割，如圖3中虛線所示的周向切割路徑9。根據不同的拆解需求，可以同一電池上時進行軸向切割和圓周方向切割，或在同一電池上只進行軸向切割或圓周方向切割。掃描切割和旋轉切割配合使得電池拆解效率得到提高。

同時，通過距離反饋單元和變焦機構的設計，使得本發明系統對變形的廢舊鋰離子電池的拆解具有一定的適用性。

對于上述的本發明的實施例，方案中公知的具體結構及特性等常識未作過多描述；各實施例采用遞進的方式描述，各實施例中所涉及到的技術特征在彼此之間不構成沖突的前提下可以相互組合，各實施例之間相同相似部分互相參見即可。

在本發明的描述中，術語“前”、“后”、“豎直”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，不應理解為對本發明的限制；除非另有明確的規定和限定，術語“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為落入本發明的保護范圍。