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叠片电池工艺为什么更具优势,为何头部电池企业纷纷布局叠片电池工艺?

叠片电池工艺为什么更具优势,为何头部电池企业纷纷布局叠片电池工艺?

发布人:Jay 发布时间:2022-11-16 浏览次数:143

  电池制造工艺主要分为叠片工艺和卷绕工艺两种技术路线。目前中国电池企业的主要技术方向以围绕卷绕为主,但随着叠片技术的进步,大量电池企业开始进入叠片领域。

  近期电池市场调研报告指出,目前主流电池企业均有叠片电池技术路线规划,在方形电池大尺寸趋势下,伴随叠片设备技术进步,叠片工艺有望得到大规模应用,既然如此,那什么是电池叠片工艺呢,它具有什么优势,为何头部电池企业纷纷布局叠片工艺电池?

  一、什么是电池叠片工艺?

叠片电池工艺

  了解,叠片是指将极片与隔膜交替堆叠在一起,最终完成多层叠片极芯的一种生产工艺。和卷绕工艺相比,叠片工艺在能量密度、安全性、循环寿命等方面更具优势。

  在三种不同形态的锂电池中,圆柱电池仅使用卷绕工艺,软包工艺仅使用叠片工艺,方形电池既可以使用卷绕也可以使用叠片工艺 。目前,全球头部电池企业未来产品规划逐渐向叠片电池切换 。

  叠片工艺能有效避免卷绕工艺中由于极片、隔膜折弯而产生的掉粉、缝隙等极芯缺陷;同时,在倍率性上,叠片结构电池相比卷绕工艺的普通结构、极耳中臵结构、多极耳结构电池的倍率性能更好。从电池厂应用情况看,以比亚迪与蜂巢能源为例,叠片技术应用已逐步成熟 ,生产效率提升快速,部分情形下效率超远卷绕方式。

  不过,叠片工艺也存在一些问题:如生产效率低、设备投资额较高等。

  二、电池叠片工艺具有什么优势?

  从电芯性能上看,叠片制成的电芯更为出色,而卷绕有着难以逾越的“鸿沟”。

  一方面,正负极片和隔膜被卷绕制成电芯后,其两侧边缘位置的电极存在较大曲率,在充放电过程中容易发生变形和扭曲,从而导致电芯性能下降甚至构成安全隐患;另一方面,由于放电过程中两侧电流分布不均,卷绕电芯的电压极化较大,导致其放电电压不稳。

  与卷绕不同,叠片工艺的原理决定了电芯的正负极片和隔膜不会在制造过程中发生弯曲,能够充分展开堆叠在一起。这不仅能减少电芯内阻、提升电芯功率,更重要的是,平整稳定的界面让极片能够同步收缩膨胀,让变形和电场变得均匀,使得电芯内部电子移动更容易,从而实现更快的充放电速度。

  因此,在相同体积下,叠片电芯的能量密度较卷绕要多约5%,并且具备更长的循环寿命。

  除了性能外,叠片电芯的安全性也更好。以孚能科技的软包叠片电芯为例,其针刺实验能够无明火甚至无烟,表现出高度的安全性。其中的奥秘就在于“热”。卷绕电芯主要是沿卷轴方向散热,加上卷绕层数较多,其传热散热的效果都不理想;叠片电芯凭借较少的极片堆叠层数和更大的表面积,传热散热效果明显,电芯热稳定性得到增强。

  总结来看,叠片工艺在能量密度、安全性、充放电效率方面要优于卷绕工艺。

叠片电池工艺

  三、为何头部电池企业纷纷布局叠片工艺电池?

  近期小编注意到,全球领先电池企业中,LG新能源、比亚迪、SK on、中创新航、远景动力和孚能科技都已布局叠片工艺路线。

  国内企业方面,11月2日,蜂巢能源官宣自主研发的第三代高速叠片技术成功量产。全新的叠片技术融合了极片热复合与多片叠融合技术,在叠片效率方面实现了颠覆性突破,达到0.125秒/片,相比第二代效率提升超过200%,同时设备单位占地面积同比减少超过40%,而且产品安全性更好、生产良品率更高。

  作为率先将高速叠片工艺引入方形电池生产的电池企业,蜂巢能源第三代高速叠片技术量产,将引领动力电池行业加速进入叠时代。

  9月9日,孚能科技推出了全新动力电池解决方案——SPS(Super Pouch Solution)。在低温性能部分,该电芯采用全极耳和叠片工艺,配备液冷板和纳米保温材料,还应用了低温快速自加热设计。

  9月3日,欣旺达发布了SFC480超级快充动力电池产品。在结构创新方面,该产品采用叠片&无连接片链接技术,电芯100%采用CT检测技术,使叠片精度达到±0.1mm,同时采用CCD在线检测防止不良率流出,进一步保障叠片精度。

  比亚迪于2020年3月发布刀片电池。采用叠片工艺生产刀片电池,对齐度可以控制在0.3mm内,叠片效率为0.3s/pcs。

  中创新航2019年推出全球首创全极耳叠片技术及产品,从根本上解决了卷绕结构产品的R角析锂安全风险,大大提高安全性能;2022年第二季度,结合了全极耳、热复合、超高速叠片等技术的新一代“全极耳热复合切叠一体系统”在中创新航的方形电池产线上效率和精度再次获得巨大突破,整机系统高达500pcs/min,叠片精度提升至0.25mm。

  远景动力软包电池均为叠片工艺。国外企业方面,LG新能源大部分采用叠片式软包设计,其电芯目前主要采用Stack & Folding 堆叠工艺。SK on拥有独特的叠片技术,确保电芯在充放电循环中不会产生极芯扭曲,电芯寿命更长、安全性更高。

  根据调研报告显示,来方形电池中叠片工艺有望得到大规模使用,预测到2027年采用叠片设备的电池产能达到845GWh,这也是头部电池企业纷纷布局叠片工艺电池原因所在,而格瑞普作为国内较早接触软包叠片电池的锂电池厂家,早在2007年便已成立锂电事业部,专于制造和研发叠片软包锂聚合物电池。发展至今,已经成为了国内外知名的叠片锂聚合物电池厂家,格瑞普生产的叠片锂聚合物电池被广泛应用于无人机、RC模型、农业植保、跑车、汽配、医疗、户外、海事、军工、工业、可穿戴设备、AR/VR和消费类电子等领域。

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