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國家工業資源綜合利用先進適用工藝技術設備目錄(2021年版)供需對接指南 動力電池回收利用技術裝備

來源:工信部節能與綜合利用司 閱讀:134 更新時間:2022-04-18


附件
《國家工業資源綜合利用先進適用工藝技術設備目錄(2021 年版)》供需對接指南之四動力電池回收利用技術裝備


(一)退役動力電池包柔性智能拆解系統


1.適用范圍

退役動力電池回收利用


2.技術原理及工藝

該系統運用拆解生產線多傳感器動態定位精度控制、誤差動態反饋與補償、機器人視覺多維動態檢測技術,實現動力電池的多機器人協同高效拆解。系統主要由儲料及分料機構、上下料機構、智能轉運系統、智能拆解系統、視覺定位機構、異形包處理機構、電芯檢測機構、模組碼垛機構、人機交互系統、電控系統、MES 系統等部分組成。



(1)儲料及分料機構:人工使用叉車將預處理后的退役動力電池包存放在指定的物料儲存架上,系統收到分料信號時,儲存架分發一個電池包到輸送鏈上,輸送鏈運送電池包到上下料工位。

(2)上下料機構:該裝置由兩部分組成,下方為一套“X” 型升降平臺,與輸送鏈連接,可完成電池包轉運銜接;上方為一套“X”型伸縮機構,機構末端根據電池包特定結構,連接電池包專用吊具,吊具吊爪可根據電池包尺寸進行伸縮,以適應不同規格電池包,吊爪抓取電池包升降,通過控制手柄操控上端伸縮機構在軌道上移動,抓取電池包進行移動,完成上下料操作。兩套裝置可單獨完成電池包的上下料操作,也可以配合完成,從下端軌道輸送電池包,從上端軌道輸送拆解完后的空殼體。

(3)智能轉運系統:由整包轉運、底殼轉運、模組轉運、尾料轉運四個主要部分組成,分上下兩層結構,由電控系統自動控制,配合完成轉運動作。拆解完成后模組由機器人放置到模組轉運輸送鏈進行轉運,尾料放置到尾料轉運輸送鏈進行轉運儲存,最后電池包殼體退回下層輸送鏈轉運到輸送鏈末端,通過升降機提升到上層輸送鏈進行轉運,到上下料機構完成殼體下線作業。

(4)智能拆解系統:由拆解臺、桁架運動控制系統、三維藍光雙目視覺識別定位系統和機器人自主拆解系統等四個主要部分組成,整個作業過程由人機協作完成。電池包運輸到位后,人工掃描電池包上的二維碼將電池包信息導入電控系統,系統調用相應拆解策略,由桁架運動控制系統配合視覺定位機構定位拆解起點后,機器人自主拆解系統在桁架運動控制系統的配合下根據拆解路徑完成電池包螺栓拆解,之后由人工配合機器人末端執行器完成電池包除膠作業,除膠完成后,使用智能提升機取下電池包殼蓋,手動拆除不能拆卸的部分小零件(銅排、冷卻管、傳感器線束等),之后由機器人自主拆解系統完成電池包模組拆卸,拆完模組螺栓后更換機器人末端執行器將模組搬運到模組轉運輸送鏈,最后將剩余的電池包殼體退回轉運系統,完成殼體下線作業。

(5)視覺定位機構:使用三維雙目采集系統,采用外觸發方式進行圖像采集,外差多頻原理進行三維重建。采集時間在0.6s 內,重建在 2s 內完成,采用藍光投影儀,抗外界干擾能力強,重建精度可達 0.02mm,實現高還原度的三維物體建模。



(6)異形包處理機構:主要由電動升降平臺、折臂吊、伸縮吊、氣源管路、控制面板等組成。由于退役動力電池包形狀各不相同,該套產線是根據常見的幾種規模較大的電池廠家電池包型號、尺寸設計,當遇到個別與常規電池包形狀差異很大的電池包或該類電池包僅有很少數量時,需使用異形包拆解臺對該異形電池包進行單獨拆解,拆解出的產品分類存放好,電池模組由折臂吊轉運至環形軌道,運輸至電芯檢測工位進行電芯檢測。



(7)模組檢測機構:該系統由三維視覺檢測系統、紅外相機、攜有特殊測量頭的 SCARA 機器人、自動貼碼機、人機交互界面、人工智能計算機組成。視覺系統中的紅外相機實時檢測模組溫度,確保模組處于安全溫度后,三維檢測系統開始工作,檢測到電極位置后,帶有測量頭的機器人到達指定位置開始測試,在電池測試儀中可讀取到電池性能參數,最后完成自動打碼貼碼工作。



3.技術指標

(1)智能化拆解技術兼容電池包種類或規格達 20 種以上;

(2)視覺定位機構定位精度至少達到 0.05mm,并且定位準確度不低于 98%;

(3)平均單個模組拆卸效率不低于 60s/個,模組無損拆解破損良率不低于 98%;

(4)智能拆解工作站兼容 3 種以上模組尺寸,模組吊裝時間不超過 15s/個;

(5)動力電池無損檢測分級效率不低于 30 個/min,模組健康狀態及電池性能快速檢測準確率大于 90%。


4.技術功能特性

(1)基于人工智能技術建立一套柔性智能拆解系統,針對動力電池包的具體型號、結構信息實現拆解序列、拆解深度及拆解參數的實時決策和推理規劃。

(2)開發基于快速三維形貌測量技術的機械臂智能抓取系統,采用工業相機、工業投影儀、攝像頭、機械臂系統、激光傳感器 VL53L0、編碼器、壓力傳感器 RFP602 和 STM32 控制器等搭建一套智能抓取系統。

(3)設計一套智能機器人倉儲物流系統及總控調度系統,提高倉儲的效率和質量。

(4)搭建一套集拆解計劃管理、物料庫存管理、過程管理、實時監控管理、質量監督管理等于一體的智能 MES 系統,為電池包拆解全流程提供科學化、透明化的數據支持。


5.應用案例

格林美股份有限公司正在對該系統關鍵技術進行研發,目前系統處于擴大拆解知識庫、識別模型庫、拆解圖像標注庫、拆解過程信息庫等關鍵技術的開發階段。初步設計可兼容 20余種結構和拆解工藝相似的動力電池包,完成電池包上蓋螺絲、密封膠、銅排、冷卻管、傳感器線束等的智能拆解作業。



6.未來推廣前景

隨著動力電池退役量增多,廢舊動力電池的拆解回收和梯次利用市場將迎來爆發式增長。該技術裝備借助人工智能、物聯網、大數據、云計算等信息技術,將退役動力電池的手工拆解、機械拆解模式轉變為自動化、智能化拆解方式,實現多品別、多規格動力電池的智能化、規?;?、綠色化拆解,有利于提高資源化利用率、減少環境污染等,具有較高的推廣應用價值,市場空間非常廣闊。


(二)廢舊鋰離子電池清潔高效回收利用技術與裝備


1.適用范圍

廢鋰電池回收利用


2.技術原理及工藝

該技術裝備以退役后不能梯次利用的廢舊動力電池為原料,采用絕氧破碎、熱解、濕式剝離的技術,實現廢舊磷酸鐵鋰、三元鋰電、3C 類電池及廢極片的兼容破碎和有價組分綠色回收,主要由柔性上料及安全帶電破碎系統、高溫熱解系統、極粉濕法剝離及多級分選回收系統、尾氣和廢水處理系統、監控系統、電器控制系統等組成。



3.技術指標

極粉回收率≥95%;銅箔、鋁箔產品純度達 97%以上;污染

物達標排放。


4.技術功能特性

(1)利用廢舊動力鋰電池柔性上料及安全帶電破碎技術,實現廢舊鋰電池的高效綠色預處理,提高預處理效率。

(2)利用電解液無害化耦合技術及極粉濕法高效脫落技術,實現電解液等有害組分的深度脫除和正極粉的高效脫落,剝離得到的極粉純度達 95%以上。

(3)利用有價組分綠色回收技術,實現銅、鋁等有價金屬回收。


5.應用案例

湖南江冶機電科技股份有限公司研制的“年處理 5000 噸廢舊鋰離子電池清潔高效回收利用技術與裝備”已在金川集團股份有限公司投入生產運行,實現廢舊鋰電池無害化、規?;幹?,有效提高正負極粉回收率。2022 年第 1 季度,該生產線回收處理廢鋰電池約 1000 噸,生產極粉約 437 噸,銅箔約 114噸,鋁箔約 38 噸,金屬外殼約 152 噸。


6.未來推廣前景

該技術裝備可實現廢舊磷酸鐵鋰、三元鋰電、3C 類電池及電池廠極片料的兼容破碎分選,可處理方殼、圓柱、軟包電池、手機電池等 20 余種廢舊鋰電池,建立低成本綠色循環利用技術體系,形成系統解決方案,為再生利用企業及車企等實現規?;厥绽锰峁┘夹g裝備支撐,具有良好的推廣應用前景。



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