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電池PACK廠講解卷繞鋰電池和疊片鋰電池相比哪個更好?

2020-09-02 ryder

    鋰電池因為加工方式的不同,分為卷繞鋰電池和疊片鋰電池,它們的原理不同,性能一樣,那么這兩種方式生產的鋰電池有哪些不同,卷繞鋰電池和疊片鋰電池相比哪個更好?
 
一)兩種工藝的詳解
 
    1) 卷繞鋰電池
  以卷繞方式組合成形的電芯所組成的電池,稱為卷繞電池。卷繞電池也稱為電芯,電池業內人士稱為卷芯。
 
 2)疊片鋰電池
  一般采用Z字的疊片方式加工生產(詳見下圖)
  疊片電池與傳統電動汽車用的鋰離子電池的工作原理一致,內部由正極、負極、隔膜、電解液構成,利用鋰離子的移動產生電。
 
二)卷繞鋰電池和疊片鋰電池相比較

  1、電池放電平臺的比較
 
  卷繞鋰電池放電平臺略低。由于內阻高極化大,一部分電壓被消耗于電池內部極化,因而放電平臺略低。
 
  疊片鋰電池放電平臺高。內阻較低極化較小,因而放電平臺會高于卷繞電池而更接近材料的自身放電平臺。
 
  對于很多放電截止電壓較高的用電設備來說,放電平臺較高的疊片電池無疑是優先選擇。
 
  2、電池容量密度比較
 
  卷繞鋰電池容量密度略低。由于極耳厚度、電芯兩邊為圓形、收尾的兩層隔膜要白白占據厚度等原因導致內部空間沒有被完全利用,體積比容量因此略低。
 
  疊片鋰電池容量密度較高。電池內部空間利用充分,因而與卷繞工藝相比,體積比容量更高。
 
  電池容量的差異在較厚(卷繞側邊空間利用不充分將會被放大)和較?。ň砝@極耳厚度白白占據厚度空間將會被放大)這兩類電池上才有體現,而對于一般常規尺寸電池而言,差異存在,但不會特別明顯。
 
  3、電池能量密度比較
 
  卷繞鋰電池能量密度略低。由于體積比容量較低以及放電平臺較低這兩個原因,致使能量密度也不及疊片工藝電池。
 
  疊片鋰電池能量密度高。放電平臺和體積比容量都高于卷繞工藝電池,所以能量密度也相應較高。
 
  具體情況請參照放大平臺和容量密度兩點,總的來說疊片占優。
 
  4、電池的適用厚度比較
 
  卷繞鋰電池適用范圍較窄。對于超薄電池,極耳厚度占據空間比例過大會進而影響電池容量。對于超厚電池,不僅卷繞起來極片太長難以控制,且電池兩側空間無法得到充分利用,也會降低電池容量。
 
  疊片鋰電池適用范圍較寬。不論是做成超薄電池還是超厚電池,疊片工藝都可以勝任。
 
  卷繞電池在超薄超厚電池方面上毫無優勢,但同時也要注意超薄電池暫時而言應用并不多,超厚電池可以通過兩個較薄電池疊放并聯來實現(不過要以降低一定容量為代價)。
 
  5、電池厚度控制比較
 
  卷繞鋰電池厚度難以控制。由于電芯內部結構不均一,極耳處、隔膜收尾處、電芯的兩邊都是容易超厚的位置。
 
  疊片鋰電池厚度便于控制。電芯內部結構一致,電池各個部位厚度也相應的一致,因此容易控制其厚度。
 
  由于卷繞鋰電池厚度難以控制,故設計的時候不得不在厚度方面多留出一些余量,從而降低了電池的設計容量。
 
  6、電池厚度變形比較
 
  卷繞鋰電池容易變形。由于內部結構不均一,充放電時電芯內部反應程度、速率不均。故對于較厚的卷繞電池而言,大倍率充放電后或者循環多次后,有變形的可能。
 
  疊片鋰電池不容易變形。內部結構統一,反應速率相。對一致,即使厚電芯也不容易變形。
 
  這也是卷繞電池不合適做到很大的厚度的一個原因。
 
  7、電池形狀比較
 
  卷繞鋰電池形狀單一;只能做成長方體電池。疊片鋰電池尺寸靈活??梢愿鶕姵爻叽鐏碓O計每個極片尺寸,從而電池可以做成任意形狀。
 
  靈活的尺寸是疊片工藝的一個明顯優勢,但就現在市場而言,似乎對異型電池的需求量還不是很大。
 
  8、電池適合領域比較
 
  卷繞鋰電池只做常規電池。疊片鋰電池做高倍率電池、異形電池、動力電池。
 
  由于疊片工藝倍率性能更佳、外觀形狀的選擇更為多樣,故適用的范圍也要廣于卷繞電池。
 
  9、電池涂布比較
 
  卷繞鋰電池涂布要求高。對每個極片而言,各個部位的涂布膜密度不能有明顯差別,需嚴格控制膜密度。
 
  疊片鋰電池涂布要求低。由于將正負極分成了諸多小片,可以通過疊片前將小片分檔來排除涂布膜密度不良造成的影響。
 
  由于現在工藝的改進,將卷繞電池很長的極片膜密度控制在一個誤差不大的范圍已經不難了,而將疊片電池的每個小片都稱重分檔又非常繁瑣,所以該點對二者的影響其實并不大。
 
  10、分切
 
  卷繞鋰電池分切方便,合格率高。每個電芯只需要進行正負極各一次分切,難度小且產生不良品概率低。
 
  疊片鋰電池分切繁瑣,合格率低。每個電池有幾十個小片,每個小片有四個切面,切片工藝又是易產生不良的沖切,因此對單個電池而言,產生極片斷面、毛刺的概率大大增加。
 
  雖然可以通過分切后的篩選來對疊片電池的小極片進行嚴格把關,但是動輒幾十萬個的小極片,誰會有時間去逐個檢查呢?
 
  11、電池極片彈性
 
  卷繞鋰電池極片需要有一定彈性。以防止彎折處斷裂、掉料。|疊片鋰電池極片可以沒有彈性。
 
  只要極片配料涂布沒有明顯出問題的話,一般極片都是可以買足這一條件的。
 
  12、電池點焊
 
  卷繞鋰電池點焊容易。每個電池只需要點焊兩處,容易控制。
 
  疊片鋰電池容易虛焊。所有極片都要點焊到一個焊點,難以操作且容易虛焊。
 
  小批量生產虛焊不難控制,但是大批量生產的話,虛焊則難以監控和有效解決。
 
  13、電池生產控制
 
  卷繞鋰電池生產控制相對簡單。一個電池兩個極片,便于控制。疊片鋰電池生產控制較繁瑣。每個電池有幾十個極片,檢測、轉運、統計等都是難點。
 
  對于稍具規模的廠子而言,每天幾萬的產量就意味著每天百萬個疊片極片!產量幾十萬的話甚至可能近千萬的小極片!生產過程中的周轉、監控的難度可想而知。
 
  14、操作工要求
 
  卷繞鋰電池對操作工要求低。想熟練完成卷繞難,但是想合格完成卷繞并不難。知道流程并控制好極片對位后即可入門。
 
  疊片鋰電池對操作工要求高。疊片操作困難,且負極片對正極片的過長、過寬設計一般不會太大,所以需要操作人員有一定的操作基礎。
 
  15、電池入行門檻
 
  卷繞鋰電池入行門檻低。人工卷繞容易操作,資金不足時完全可以考慮人工操作,省去了購買大型自動設備的資金,降低了入門門檻。
 
  疊片鋰電池入行門檻高。自動化設備尚不成熟,人工操作疊片工藝繁瑣造成人工成本上升,因而提高了疊片工藝電池的入行門檻。
 
三) 鋰電中段工藝流程:效率先行,卷繞走在疊片之前
 
        鋰電池制造過程中,中段工藝主要是完成電池的成型,主要工藝流程包括制片、極片卷繞、模切、電芯卷繞成型和疊片成型等,是當前國內設備廠商競爭比較激烈的一個領域,占鋰電池生產線價值量約30%。
 
        目前動力鋰電池的電芯制造工藝主要有卷繞和疊片兩種,對應的電池結構形式主要為圓柱與方形、軟包三種,圓柱和方形電池主要采用卷繞工藝生產,軟包電池則主要采用疊片工藝。圓柱主要以18650和26650為代表(Tesla單獨開發了21700電池、正在全行業推廣),方形與軟包的區別在于外殼分別采用硬鋁殼和鋁塑膜兩種,其中軟包主要以疊片工藝為主,鋁殼則以卷繞工藝為主。
 
        據涂布在線了解,軟包結構形式主要面向中高端數碼市場,單位產品的利潤率較高,在同等產能條件下,相對利潤高于鋁殼電池。由于鋁殼電池易形成規模效應,產品合格率及成本易于控制,目前二者在各自市場領域均有可觀的利潤,在可以預見的未來,二者都很難被徹底取代。
 
        由于卷繞工藝可以通過轉速實現電芯的高速生產,而疊片技術所能提高的速度有限,因此目前國內動力鋰電池主要采用卷繞工藝為主,因此卷繞機的出貨量目前大于疊片機。
 
        卷繞和疊片生產對應的前道工序為極片的制片和模切。制片包括對分切后的極片/極耳焊接、極片除塵、貼保護膠紙、極耳包膠和收卷或定長裁斷,其中收卷極片用于后續的全自動卷繞,定長裁斷極片用于后續的半自動卷繞;沖切極片是將分切后的極片卷繞沖切成型,用于后續的疊片工藝。
 
       在鋰電封裝焊接方面,聯贏、大族、光大的主流激光技術集成應用廠家均有所涉及,能夠滿足需求、無需進口。

四)綜上所述
       
       卷繞鋰電池更適合快速批量生產,所以占有率較高,疊片鋰電池具有更高的放電性能和形狀的可塑性,在一些特殊的領域也是不可替代,所有兩種工藝的鋰電池的結合才可以更好滿足更多用戶的需求,而且卷繞鋰電池和疊片鋰電池都有個自擅長的應用領域,我們并不用糾結到底哪種工藝更好,只有更適合的才是最穩定最好用的。

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