电池PACK厂讲解卷绕锂电池和叠片锂电池相比哪个更好?

2020-09-02 14:45 ryder

    锂电池因为加工方式的不同,分为卷绕锂电池和叠片锂电池,它们的原理不同,性能一样,那么这两种方式生产的锂电池有哪些不同,卷绕锂电池和叠片锂电池相比哪个更好?
 
一)两种工艺的详解
 
    1) 卷绕锂电池
  以卷绕方式组合成形的电芯所组成的电池,称为卷绕电池。卷绕电池也称为电芯,电池业内人士称为卷芯。
 
 2)叠片锂电池
  一般采用Z字的叠片方式加工生产(详见下图)
  叠片电池与传统电动汽车用的锂离子电池的工作原理一致,内部由正极、负极、隔膜、电解液构成,利用锂离子的移动产生电。
 
二)卷绕锂电池和叠片锂电池相比较

  1、电池放电平台的比较
 
  卷绕锂电池放电平台略低。由于内阻高极化大,一部分电压被消耗于电池内部极化,因而放电平台略低。
 
  叠片锂电池放电平台高。内阻较低极化较小,因而放电平台会高于卷绕电池而更接近材料的自身放电平台。
 
  对于很多放电截止电压较高的用电设备来说,放电平台较高的叠片电池无疑是优先选择。
 
  2、电池容量密度比较
 
  卷绕锂电池容量密度略低。由于极耳厚度、电芯两边为圆形、收尾的两层隔膜要白白占据厚度等原因导致内部空间没有被完全利用,体积比容量因此略低。
 
  叠片锂电池容量密度较高。电池内部空间利用充分,因而与卷绕工艺相比,体积比容量更高。
 
  电池容量的差异在较厚(卷绕侧边空间利用不充分将会被放大)和较薄(卷绕极耳厚度白白占据厚度空间将会被放大)这两类电池上才有体现,而对于一般常规尺寸电池而言,差异存在,但不会特别明显。
 
  3、电池能量密度比较
 
  卷绕锂电池能量密度略低。由于体积比容量较低以及放电平台较低这两个原因,致使能量密度也不及叠片工艺电池。
 
  叠片锂电池能量密度高。放电平台和体积比容量都高于卷绕工艺电池,所以能量密度也相应较高。
 
  具体情况请参照放大平台和容量密度两点,总的来说叠片占优。
 
  4、电池的适用厚度比较
 
  卷绕锂电池适用范围较窄。对于超薄电池,极耳厚度占据空间比例过大会进而影响电池容量。对于超厚电池,不仅卷绕起来极片太长难以控制,且电池两侧空间无法得到充分利用,也会降低电池容量。
 
  叠片锂电池适用范围较宽。不论是做成超薄电池还是超厚电池,叠片工艺都可以胜任。
 
  卷绕电池在超薄超厚电池方面上毫无优势,但同时也要注意超薄电池暂时而言应用并不多,超厚电池可以通过两个较薄电池叠放并联来实现(不过要以降低一定容量为代价)。
 
  5、电池厚度控制比较
 
  卷绕锂电池厚度难以控制。由于电芯内部结构不均一,极耳处、隔膜收尾处、电芯的两边都是容易超厚的位置。
 
  叠片锂电池厚度便于控制。电芯内部结构一致,电池各个部位厚度也相应的一致,因此容易控制其厚度。
 
  由于卷绕锂电池厚度难以控制,故设计的时候不得不在厚度方面多留出一些余量,从而降低了电池的设计容量。
 
  6、电池厚度变形比较
 
  卷绕锂电池容易变形。由于内部结构不均一,充放电时电芯内部反应程度、速率不均。故对于较厚的卷绕电池而言,大倍率充放电后或者循环多次后,有变形的可能。
 
  叠片锂电池不容易变形。内部结构统一,反应速率相。对一致,即使厚电芯也不容易变形。
 
  这也是卷绕电池不合适做到很大的厚度的一个原因。
 
  7、电池形状比较
 
  卷绕锂电池形状单一;只能做成长方体电池。叠片锂电池尺寸灵活。可以根据电池尺寸来设计每个极片尺寸,从而电池可以做成任意形状。
 
  灵活的尺寸是叠片工艺的一个明显优势,但就现在市场而言,似乎对异型电池的需求量还不是很大。
 
  8、电池适合领域比较
 
  卷绕锂电池只做常规电池。叠片锂电池做高倍率电池、异形电池、动力电池
 
  由于叠片工艺倍率性能更佳、外观形状的选择更为多样,故适用的范围也要广于卷绕电池。
 
  9、电池涂布比较
 
  卷绕锂电池涂布要求高。对每个极片而言,各个部位的涂布膜密度不能有明显差别,需严格控制膜密度。
 
  叠片锂电池涂布要求低。由于将正负极分成了诸多小片,可以通过叠片前将小片分档来排除涂布膜密度不良造成的影响。
 
  由于现在工艺的改进,将卷绕电池很长的极片膜密度控制在一个误差不大的范围已经不难了,而将叠片电池的每个小片都称重分档又非常繁琐,所以该点对二者的影响其实并不大。
 
  10、分切
 
  卷绕锂电池分切方便,合格率高。每个电芯只需要进行正负极各一次分切,难度小且产生不良品概率低。
 
  叠片锂电池分切繁琐,合格率低。每个电池有几十个小片,每个小片有四个切面,切片工艺又是易产生不良的冲切,因此对单个电池而言,产生极片断面、毛刺的概率大大增加。
 
  虽然可以通过分切后的筛选来对叠片电池的小极片进行严格把关,但是动辄几十万个的小极片,谁会有时间去逐个检查呢?
 
  11、电池极片弹性
 
  卷绕锂电池极片需要有一定弹性。以防止弯折处断裂、掉料。|叠片锂电池极片可以没有弹性。
 
  只要极片配料涂布没有明显出问题的话,一般极片都是可以买足这一条件的。
 
  12、电池点焊
 
  卷绕锂电池点焊容易。每个电池只需要点焊两处,容易控制。
 
  叠片锂电池容易虚焊。所有极片都要点焊到一个焊点,难以操作且容易虚焊。
 
  小批量生产虚焊不难控制,但是大批量生产的话,虚焊则难以监控和有效解决。
 
  13、电池生产控制
 
  卷绕锂电池生产控制相对简单。一个电池两个极片,便于控制。叠片锂电池生产控制较繁琐。每个电池有几十个极片,检测、转运、统计等都是难点。
 
  对于稍具规模的厂子而言,每天几万的产量就意味着每天百万个叠片极片!产量几十万的话甚至可能近千万的小极片!生产过程中的周转、监控的难度可想而知。
 
  14、操作工要求
 
  卷绕锂电池对操作工要求低。想熟练完成卷绕难,但是想合格完成卷绕并不难。知道流程并控制好极片对位后即可入门。
 
  叠片锂电池对操作工要求高。叠片操作困难,且负极片对正极片的过长、过宽设计一般不会太大,所以需要操作人员有一定的操作基础。
 
  15、电池入行门槛
 
  卷绕锂电池入行门槛低。人工卷绕容易操作,资金不足时完全可以考虑人工操作,省去了购买大型自动设备的资金,降低了入门门槛。
 
  叠片锂电池入行门槛高。自动化设备尚不成熟,人工操作叠片工艺繁琐造成人工成本上升,因而提高了叠片工艺电池的入行门槛。
 
三) 锂电中段工艺流程:效率先行,卷绕走在叠片之前
 
        锂电池制造过程中,中段工艺主要是完成电池的成型,主要工艺流程包括制片、极片卷绕、模切、电芯卷绕成型和叠片成型等,是当前国内设备厂商竞争比较激烈的一个领域,占锂电池生产线价值量约30%。
 
        目前动力锂电池的电芯制造工艺主要有卷绕和叠片两种,对应的电池结构形式主要为圆柱与方形、软包三种,圆柱和方形电池主要采用卷绕工艺生产,软包电池则主要采用叠片工艺。圆柱主要以18650和26650为代表(Tesla单独开发了21700电池、正在全行业推广),方形与软包的区别在于外壳分别采用硬铝壳和铝塑膜两种,其中软包主要以叠片工艺为主,铝壳则以卷绕工艺为主。
 
        据涂布在线了解,软包结构形式主要面向中高端数码市场,单位产品的利润率较高,在同等产能条件下,相对利润高于铝壳电池。由于铝壳电池易形成规模效应,产品合格率及成本易于控制,目前二者在各自市场领域均有可观的利润,在可以预见的未来,二者都很难被彻底取代。
 
        由于卷绕工艺可以通过转速实现电芯的高速生产,而叠片技术所能提高的速度有限,因此目前国内动力锂电池主要采用卷绕工艺为主,因此卷绕机的出货量目前大于叠片机。
 
        卷绕和叠片生产对应的前道工序为极片的制片和模切。制片包括对分切后的极片/极耳焊接、极片除尘、贴保护胶纸、极耳包胶和收卷或定长裁断,其中收卷极片用于后续的全自动卷绕,定长裁断极片用于后续的半自动卷绕;冲切极片是将分切后的极片卷绕冲切成型,用于后续的叠片工艺。
 
       在锂电封装焊接方面,联赢、大族、光大的主流激光技术集成应用厂家均有所涉及,能够满足需求、无需进口。

四)综上所述
       
       卷绕锂电池更适合快速批量生产,所以占有率较高,叠片锂电池具有更高的放电性能和形状的可塑性,在一些特殊的领域也是不可替代,所有两种工艺的锂电池的结合才可以更好满足更多用户的需求,而且卷绕锂电池和叠片锂电池都有个自擅长的应用领域,我们并不用纠结到底哪种工艺更好,只有更适合的才是最稳定最好用的。

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