鋰電池電芯疊片技術(shù)怎么樣(疊片鋰電池電芯技術(shù)分析)

　　電池制造工藝主要分為疊片工藝和卷繞工藝兩種技術(shù)路線。目前中國(guó)電池企業(yè)的主要技術(shù)方向以圍繞卷繞為主，但隨著疊片技術(shù)的進(jìn)步及突破，大量電池企業(yè)開始采用疊片工藝生產(chǎn)鋰電池電芯，既然如此，下面我們來一起看看鋰電池電芯疊片技術(shù)怎么樣?

　　電芯疊片是鋰電池中段生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)

　　鋰電池制造可統(tǒng)一分為極片制作、電芯組裝、電芯激活檢測(cè)和模組/Pack 封裝四大工序，其中，電芯組裝屬于中段生產(chǎn)環(huán)節(jié)，主要包括卷繞或疊片、電芯預(yù)封裝、電芯注液等工序。卷繞是指將制片工序或收卷式模切機(jī)制作的極片卷繞成電芯，疊片指的是將模切工序中制作的單體極片疊成電芯。通常來說，卷繞用于方形和圓柱電池，疊片用于方形和軟包電池。根據(jù) GGII 測(cè)算數(shù)據(jù)，在鋰電設(shè)備中，中段設(shè)備價(jià)值量占比約為35%，其中，卷繞/疊片機(jī)是中段設(shè)備的核心，價(jià)值量占比約70%。

　　01、疊片與卷繞的工藝差別主要在模切和極組成型

　　在模切工序，傳統(tǒng)卷繞采用雙邊模切，模切極耳間距不等，沖切位置有Mark孔進(jìn)行定位;而疊片采用單邊模切，極耳間距相同，會(huì)進(jìn)行等間距切斷。在極組成型工序，卷繞正負(fù)極片連續(xù)，疊片是片狀物料，在層數(shù)相同的情況下，相較于卷繞電池，疊片電池的極耳數(shù)量多一倍，同時(shí)隔膜張力幾乎為零，孔隙率和原材料保持一致。目前市場(chǎng)上主流疊片機(jī)設(shè)備路線主要有Z字型疊片機(jī)、切疊一體機(jī)、熱復(fù)合疊片機(jī)和卷繞一體機(jī)四種，其中Z型疊片目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛，熱復(fù)合疊片機(jī)技術(shù)難度更高，卷疊一體機(jī)涉及到日韓專利，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。

　　02、疊片顯著提升電池能量密度和安全性劣勢(shì)在于效率和工藝控制等方面

　　和卷繞電池相比，疊片電池具有一定優(yōu)勢(shì)：

　　1)、更高的體積能量密度上限：在相同體積的電芯設(shè)計(jì)情況下，疊片電芯的能量密度高出約 5%左右

　　2)、更穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和更高的安全性：不存在拐角內(nèi)應(yīng)力不均勻問題，每層膨脹力接近，因此可以保持界面平整，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，同時(shí)拐角處受力均勻，斷裂風(fēng)險(xiǎn)降低

　　3)、更長(zhǎng)的循環(huán)壽命：極耳數(shù)量是卷繞電池的 2 倍，內(nèi)阻相應(yīng)降低 10%以上，循環(huán)壽命比卷繞高 10%左右

　　4)、更適合做高倍率、大尺寸和異型電池。但疊片也存在生產(chǎn)效率較低、良率較低、設(shè)備投資大、工藝難度大等劣勢(shì)，是此前制約大批量生產(chǎn)的主要因素。

　　03、方形大尺寸電池成為趨勢(shì)之下,疊片有望得到大規(guī)模應(yīng)用

　　在三種不同形態(tài)的鋰電池中，圓柱電池僅使用卷繞工藝，軟包工藝僅使用疊片工藝，方形電池既可以使用卷繞也可以使用疊片工藝。目前，全球頭部電池企業(yè)未來產(chǎn)品規(guī)劃逐漸向疊片電池切換。鑒于疊片電池在能量密度以及安全性等方面優(yōu)于卷繞電池，伴隨疊片技術(shù)的不斷發(fā)展，我們預(yù)計(jì)未來方形電池中疊片工藝有望得到大規(guī)模使用。我們預(yù)測(cè)，到 2027 年采用疊片設(shè)備的電池產(chǎn)能達(dá)到845GWh，對(duì)應(yīng)疊片機(jī)設(shè)備空間約319億元，折合未來5年CAGR達(dá)到35%。

　　04、電芯疊片：鋰電池中段生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)

　　疊片與卷繞為鋰電池中段生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，GGII 測(cè)算價(jià)值量占中段設(shè)備約70%。各類鋰電池的制造可統(tǒng)一分為極片制作、電芯組裝、電芯激活檢測(cè)和模組/Pack 封裝四大工序。其中，電芯組裝屬于鋰電池電芯生產(chǎn)的中段環(huán)節(jié)，主要包括卷繞或疊片、電芯預(yù)封裝、電芯注液等工序，卷繞是指將制片工序或收卷式模切機(jī)制作的極片卷繞成電芯，疊片指的是將模切工序中制作的單體極片疊成電芯。通常來說，卷繞用于方形和圓柱電池，疊片用于方形和軟包電池。根據(jù)GGII測(cè)算數(shù)據(jù)，在鋰電設(shè)備中，中段設(shè)備價(jià)值比重約為 35%，其中，卷繞/疊片機(jī)是中段設(shè)備的核心，價(jià)值占中段設(shè)備約 70%。

　　疊片與卷繞的主要差別在于模切和極組成型兩道工序。傳統(tǒng)方形電池卷繞工藝與疊片工藝流程差異主要在模切工序和極組成型工序，其他工序的加工方法差別不大。

　　模切工序主要差異：

　　1)模切方式，傳統(tǒng)卷繞采用雙邊五金或者激光模切方式，模切完成后分切收卷，以卷料形式流向極組成型工序，疊片則大多采用單邊五金或者激光模切方式，模切后以片狀物料流向極組成型工序。

　　2)極耳間距，卷繞的模切極耳間距不等，內(nèi)圈間距小，外圈間距大，極耳的間距依據(jù)卷繞每圈的周長(zhǎng)差進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣可以保證卷繞后的極組極耳落在同一位置，疊片的極耳則是等間距的。

　　3)沖切位置，卷繞會(huì)根據(jù)電芯要求在片長(zhǎng)位置設(shè)置 Mark 定位孔，卷繞時(shí)檢測(cè)到 Mark 孔時(shí)會(huì)進(jìn)行切斷，而疊片極耳間距相同，會(huì)進(jìn)行等間距切斷。

　　極組成型工序主要差異：

　　1)極片狀態(tài)，卷繞的正負(fù)極片連續(xù)，疊片的正負(fù)極片是片狀物料。

　　2)極組完成判定，卷繞檢測(cè)到 Mark 孔時(shí)進(jìn)行裁斷，完成極組卷繞，疊片則按照正負(fù)極片的設(shè)定數(shù)量進(jìn)行疊片，達(dá)到設(shè)定值時(shí)完成一個(gè)電池的疊片。

　　3)極組形態(tài)，在層數(shù)相同條件下，疊片電池的極耳數(shù)較卷繞電池多一倍。

　　4)隔膜張力控制，卷繞在高速卷繞過程中隔膜會(huì)產(chǎn)生一定的張力，孔隙率會(huì)發(fā)生微小的變化，而疊片在極組成型時(shí)張力幾乎為零，孔隙率和原材料保持一致。

　　目前市場(chǎng)上主流疊片機(jī)設(shè)備路線主要有四種，分別為Z字型疊片機(jī)、切疊一體機(jī)、熱復(fù)合疊片機(jī)和卷繞一體機(jī)。其中，Z字型疊片機(jī)和切疊一體機(jī)本質(zhì)上都屬于Z型疊片，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛。熱復(fù)合疊片機(jī)是將烘烤后的正負(fù)極片與隔膜熱復(fù)合，隨后經(jīng)輥壓，裁切成復(fù)合單元再進(jìn)行疊片，相較于Z字型疊片多熱復(fù)合和輥壓等工序，技術(shù)難度更高。卷疊一體機(jī)是指將正負(fù)極片裁切成單元，分別貼在隔膜上，然后用卷繞的方式，實(shí)現(xiàn)兩組正負(fù)極片相間疊放;卷疊一體機(jī)設(shè)計(jì)牽扯到國(guó)外日韓專利，例如LG新能源使用的是德國(guó)MANZ制造的卷疊一體機(jī)鋰電設(shè)備。

　　05、疊片優(yōu)劣勢(shì)分析：提升電池能量密度和安全性，受限于效率和工藝問題

　　總結(jié)：疊片工藝能更好提升電池性能，但是存在生產(chǎn)效率低、設(shè)備投資大等問題。和卷繞電池相比，疊片電池在理論上具有更高的體積能量密度上限、更穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)更適合生產(chǎn)高倍率電池、大尺寸電池和異型電池，但也存在生產(chǎn)效率較低、良率較低、設(shè)備投資大、工藝難度大等缺點(diǎn)。

　　疊片空間利用率較高，有利于提升電池能量密度。卷繞電池在卷繞拐角部有弧度，在空間利用率上要低于疊片電池，而疊片結(jié)構(gòu)可以充分利用電池的邊角空間，根據(jù)《中國(guó)車規(guī)級(jí)動(dòng)力高速疊片電池發(fā)展白皮書》數(shù)據(jù)，從卷繞到疊片，VDA 容量提升約2.5%，在相同體積的電芯設(shè)計(jì)情況下，疊片電芯的能量密度高出約5%左右。

　　疊片電池不存在拐角內(nèi)應(yīng)力不均勻問題，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。在電池循環(huán)過程中，伴隨鋰離子的嵌入，正負(fù)極片均有膨脹，卷繞電池由于拐角處內(nèi)外層內(nèi)應(yīng)力不一致，容易產(chǎn)生波浪狀變形，導(dǎo)致電池界面變差，電流分布不均勻，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。而疊片電池不存在拐角內(nèi)應(yīng)力不均勻問題，每層膨脹力接近，因此可以保持界面平整，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

　　疊片電池安全性更高。在電池循環(huán)過程中，卷繞電池拐角處內(nèi)應(yīng)力無法充分釋放，可能導(dǎo)致拐角處斷裂，進(jìn)而產(chǎn)生脫粉、毛刺等問題，甚至引發(fā)電池內(nèi)短路，帶來熱失控風(fēng)險(xiǎn)。而疊片電池拐角處受力均勻，大大降低電池安全風(fēng)險(xiǎn)問題。

　　以上就是鋰電池電芯疊片技術(shù)的介紹了，相信通過以上對(duì)鋰電池電芯疊片技術(shù)的介紹大家對(duì)電池電芯疊片技術(shù)有了更加深層次的了解了，而格瑞普作為國(guó)內(nèi)較早接觸軟包疊片工藝的鋰電池廠家，早在2007年便已成立鋰電事業(yè)部，并且專注于研發(fā)和制造疊片工藝軟包鋰聚合物電池和軟包磷酸鐵鋰電池。發(fā)展至今，已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)外知名的疊片電池廠家，格瑞普生產(chǎn)的疊片聚合物鋰電池被廣泛應(yīng)用于無人機(jī)、RC模型、農(nóng)業(yè)植保、跑車、汽配、醫(yī)療、戶外、海事、特種設(shè)備、工業(yè)、可穿戴設(shè)備、AR/VR和消費(fèi)類電子等領(lǐng)域。