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叠片机主要工艺流程介绍

2023-03-25 2048
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   电芯叠片是锂电池中段生产的核心环节。锂电池制造可统一分为极片制作、电芯组装、电芯激活检测和模组/Pack 封装四大工序,其中,电芯组装属于中段生产环节,主要包括卷绕或叠片、电芯预封装、电芯注液等工序。卷绕是指将制片工序或收卷式模切机制作的极片卷绕成电芯,叠片指的是将模切工序中制作的单体极片叠成电芯。通常来说,卷绕用于方形和圆柱电池,叠片用于方形和软包电池。根据 GGII 测算数据,在锂电设备中,中段设备价值量占比约为 35%,其中,卷绕/叠片机是中段设备的核心,价值量占比约 70%。

   叠片与卷绕的工艺差别主要在模切和极组成型。在模切工序,传统卷绕采用双边模切,模切极耳间距不等,冲切位置有 Mark 孔进行定位;而叠片采用单边模切,极耳间距相同,会进行等间距切断。在极组成型工序,卷绕正负极片连续,叠片是片状物料,在层数相同的情况下,相较于卷绕电池,叠片电池的极耳数量多一倍,同时隔膜张力几乎为零,孔隙率和原材料保持一致。目前市场上主流叠片机设备路线主要有 Z 字型叠片机、切叠一体机、热复合叠片机和卷绕一体机四种,其中 Z 型叠片目前在国内应用最广泛,热复合叠片机技术难度更高,卷叠一体机涉及到日韩专利,国内应用较少。
叠片显著提升电池能量密度和安全性,劣势在于效率和工艺控制等方面。和卷绕电池相比,叠片电池具有一定优势:1)更高的体积能量密度上限:在相同体积的电芯设计情况下,叠片电芯的能量密度高出约 5%左右;2)更稳定的内部结构和更高的安全性:不存在拐角内应力不均匀问题,每层膨胀力接近,因此可以保持界面平整,内部结构更稳定,同时拐角处受力均匀,断裂风险降低;3)更长的循环寿命:极耳数量是卷绕电池的 2 倍,内阻相应降低 10%以上,循环寿命比卷绕高 10%左右;4)更适合做高倍率、大尺寸和异型电池。但叠片也存在生产效率较低、良率较低、设备投资大、工艺难度大等劣势,是此前制约大批量生产的主要因素。

   Li离子电芯核心制造工艺,由电芯的制造方式,主要分为叠片工艺和卷绕工艺两种。锂电池叠片技术,是使用隔膜将正、负电极片进行隔离,并依次层叠使其成为电芯的锂电池制造技术。其基本原理及工作过程为:利用隔膜组件将成卷的隔膜拉出,通过叠片台或隔膜组件的往复运动将隔膜折叠为Z字形,同时,利用机械手或其他转运装置将正、负电极片交替放在折叠的隔膜之间,由隔膜将正、负电极片分开。重复叠片,最终形成具有一定厚度的锂电池电芯。叠片机作为实现叠片工艺核心设备,目前市场上主要分为三种类型设备。一是叠片机,正负极来料以成片方式来料,通过叠放料方式进行叠片操作;二是切叠一体机,正负极以卷料方式来料,整机集成了正负极料放卷,模切,叠片,热压,尺寸测量,Hi -pot测试等功能需求。第三种则是热覆合工艺,现将隔膜和极片通过热覆合的方式贴合之后,再模切制片,最后进行叠片,从而减少传统叠片动作中的隔膜往复的运动,进而提供叠片效率。下面是切叠一体机主要工艺图示(针对不同电池厂商加工流程差异,有所变化,大体流程是一致的)。

 

叠片机工艺流程图示
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