一种高速锂电池极片自动称重分选机的研究

随着社会的发展，锂电池成为人们生活中不可或缺的日常用品，它广泛地应用于各种领域之中。在锂电池极片分选方面，大多数锂电池生产厂家利用电子天平手动对其进行称重分选，人工称重分选具有工作量大、人力劳动成本大、生产效率低等缺点，而且不能较好地保证分选精度，人工称重分选已经不能满足生产商的需要。为此，我们有必要研制出具有高精度，使用方便、工作可靠及自动化程度高等特点的高速称重分选机。

关键词：锂电池极片分选自动化浮力称重

我国锂电池生产数量日益提高，在国际国内市场所占比例逐渐增大，这一切与我国大规模生产锂电池的生产工艺的提高及生产技术的逐步深化有着密切的关系。但是，在锂电池极片称重分选方面大多数锂电池生产厂家利用电子天平手动对其进行称重分选，工作量相当大，生产效率降低，而且不能较好的保证分选精度。因此，针对锂离子电池制片工艺中的正负极片称重分选方式进行研究，探索具有高精度，使用方便，工作可靠及自动化程度高等特点的称重分选方式，将提升理电池厂家的生产效率，大幅增加厂家的市场份额。

一、国内外分选机研究现状

国外公司在分选机研究方面，起步早，技术领先，市场占有额大。在食品加工、化学、矿产及农业综合等产业，都有广泛采用各种分选设备。

在美国，ESM公司和Sortex公司在分选机研究方面处于领先地位。它们分别于20世纪30年代和40年代开始致力于分选技术的研究，并且一直进行技术革新，与时俱进。

在日本，分选机研究领先的主要是安西制作所和佐竹公司。安西制作所成立于1966年，发展相当迅速，在1970年，便成功研制出日本第一台电子色彩分选机，在技术上获得一大突破，这台分选机在中国已经被广泛使用了十几年；目前，中国各地均有企业采用安西研制的各类分选机，总量达到了近百套，以湖北南金建米业和中国蓝天股份为例，它们是我国两家较大的农业上市公司，目前采用的都是安西的色选设备；2002年4月，安西又迎来了一次新的技术革新，成功开发出了AU，它是世界首创的专用于分选粘度小麦的分选机；佐竹公司生产的分选设备主要用于农产品加工行业，采用线阵CCD浮力称重传感器对分选物料进行识别，这种浮力称重传感器有较高分辨率，能检测出细小病斑异色粒、微黄及杂质等，使分选机性能大大优于传统的同类分选机。

另外，主要从事分选技术研究的企业还有瑞士的布勒公司及美国和英国的一些粮油加工设备公司，这些企业的分选机产品遍布世界各地，代表着世界先进水平。

国内公司在分选机研究方面，起步晚，技术落后，目前成型的产品较少，主要是借鉴国外先进技术，根据生产需求进行改进，所以研制的大多数极片分选系统都还停留在低级水平，各项性能指标仍有待提升。如合肥安科光电和核工业理化工程研究院均有自主研发了分选设备，虽然都较好的实现了分选功能，但是相比国外分选机，各项性能指标仍存在一定差距，尤其为了提高分选机的分选速度，一些电池自动分选设备采用矩阵式排列机械手、多并联机械手以及多工位、多托盘同步进行分选的强化措施，但是最快速度只能达到60～90个/min，这也只是一个最佳的理论速度。由于这种设备造价很高，所以限制了在电池行业的产业化推广。

二、高速电池自动分选机结构设计

提高分选机分选速度的关键问题，在于增加机械手的数量。但是，由于机械手昂贵，对于目前的机械手分选设备是可望而不可及的。我们在设计电池自动分选机首次采用廉价的吸盘式电磁铁代替机械手，实现了一款制造成本低，分选速度快，性能稳定可靠，操作方便实用的新型电池自动分选机。采用吸盘式的电池自动分选机在结构上分为电池分选区域、托盘进料区域和电池收集区域，由384个吸盘式电磁铁（其价格相当于一只机械手的成本）组成4个8×12矩阵，位置对应4个电池周转托盘中的每一只电池，由此构成一个电池分选区域；4个预分类的电池周转托盘放在分选区域下方的托盘进料区域的动板上，汽缸推动动板可以将4个电池周转托盘同时在电池分选区域和托盘进料区域垂直上下移动；在电池分选区域的一侧有一个电池收集区域，一个收集托盘可以在电池收集区域和电池分选区域作水平运动。

采用吸盘式电磁铁的电池自动分选机的工作步骤如下：

步骤1：汽缸将电池周转托盘由托盘进料区域顶起直至电池分选区域，预分类电池的电池帽接触到吸盘式电磁铁表面。

步骤2：计算机根据电池的检测结果和特定的分类方法，控制电池上方的吸盘式电磁铁保持通电状态或者断电状态，通电的吸盘式电磁铁产生的磁场将该当前类电池牢牢吸住。

步骤3：汽缸将电池周转托盘落回到托盘进料区域，此时，当前类分选电池仍然牢牢吸在吸盘式电磁铁上，其他预分类电池仍然留在电池周转托盘里面，实现了当前分类电池从其他预分类电池中间分离出来的目的。

步骤4：电池收集盘从电池收集区域水平移动至分选区域（吸盘式电磁铁下方），到位以后，通电的吸盘式电磁铁全部断电，当前分类电池全部落在电池收集盘上，并且被移出电池分选区域至电池收集区域进行装箱。

重复以上步骤分选下一类电池，直至所有电池分类分选结束。

三、结束语

采用吸盘式电磁铁的电池自动分选机，不需要价格昂贵的机械手和复杂的伺服控制系统，采用低廉的吸盘式电磁铁和简单的直线运动元件实现了电池快速分选，生产效率很高、性能十分稳定可靠。

采用吸盘式电磁铁的电池自动分选机在整个分选过程全部实现自动化，待分类的电池周转托盘从设备的政左侧推入，从右侧流出后进行下一轮周转；电池分选出来在电池收集区域进行快速装箱；特别值得一提的是，该设备在更换电池型号时非常简单，只是需要调整吸盘式电磁铁的高度，其余不需要进行任何调整。整个生产过程、调试和维修十分方便快捷，体现了人性化的设计理念。

采用吸盘式电磁铁的电池自动分选机，从根本上解决了人为误操作导致电池错误分类的现象发生，从而有效地保证了电池组的产品质量和使用寿命。它的普及推广，将有利于促进大电池大规模产业化发展进程。