主流叠片机种类及其优劣势
Z型叠片机、切叠一体机、热复合叠片机和卷叠一体机是当下的主流叠片机型。
Z形叠片机:应用最广泛,可以通过改良机器性能提高单工位效率,同时也可以采用多工位的制作方式来提升效率。但是多工位Z型叠片机存在较复杂的极片调度 系统,整机的实际利用率较低。
切叠一体机:Z型叠片的改良版本,在省去单独的切片环节基础上,工作效率良率优于Z型叠片。
热复合叠片:可以分为复合卷叠机、复合堆叠机和复合折叠机。复合叠片可以保证隔膜张力均匀,没有拉伸突变,隔膜极片结合界面均匀,可以在线检测正、负极片,隔膜的对齐度实现制造数据闭环,因而对叠片制造质量提升很有帮助。
卷叠一体:设备商为德国 MANZ,享有 LG新能源的Stack & Folding专利,不对外出售。
Z型叠片机的应用最为广泛,切叠一体是发展趋势。
Z叠工作原理:利用主叠片台带动隔膜呈Z字型前后往复运动,运用机械手将正负极片精准叠放在主叠片台的每一层隔膜上。在叠放极片到达设定数后,停止叠片,完成尾卷、贴胶,并自动下料到下一工序。
Z叠优势:叠片机单机价格较低,毛刺较小,制成的电芯能量密度较高,适合大电芯生产。
Z叠劣势:隔膜易变形,导致隔膜的孔隙率不一致,降低良率;叠片机工作连续,生产过程中无法对极片进行检测,只能在堆叠结束后对电芯进行性能测试。
切叠一体:Z字型叠片机上的基础上,整合模切机、贴胶热压机。取消了叠片裁切后的转运工序,减少了极片的磕碰,避免极耳出现翻折的问题,提高了良率; 整体工作效率较Z型叠片也有所上升。缺点和Z型叠片类似,存在隔膜发生形变的问题。
热复合叠片机产成品良率更高,是国内电池厂商的未来布局机型。
工作原理:将带极耳的正极卷料、负极卷料和隔膜同时进料,通过切刀裁切成 所需尺寸的单个极片、隔膜并进行组合。组合体经辊轮作用送入加热系统,并在设定好的温度下进行烘烤。对烘烤复合物进行热辊压后切片形成单个叠片单元, 通过机械装置将单个叠片单元堆叠在一起,最后对叠片堆进行热平压,形成极芯 。
优势:
1)实现了正极、负极和隔膜一次性完全切片堆叠,避免Z型叠片机的隔膜褶皱,提高了极芯的质量;
2)单方向运输,随时检测极片隔膜复合物的质量;
3)隔膜的张力稳定、孔隙率一致,极片的界面平整,提高产品良率。
劣势:采用的制成工序更多,工艺要求更高;复合单元在转运堆叠的过程可能出现隔膜翻折,导致电芯结构出现问题。
卷叠一体机生产效率最高,但存在海外专利保护限制。
工作原理:先将正负极片裁切成单元,并通过对转台与升降吸盘的设置,分别贴在隔膜上,然后用卷绕的方式用隔膜将极片分别包裹起来, 实现两组正负极片相间叠放。
优势:生产效率最高。
劣势:不适用于大电芯制作,且属于LG新能源的专利技术,受到专利保护,国内厂商无法直接获得;复合卷叠面临卷绕电机的问题。
CATL+松下+SDI: | 持续坚守卷绕路线 |
LG+SK: | 持续坚守软包叠片路线 |
蜂巢能源: | 坚守方形叠片路线,全面推行短刀+叠片化 |
比亚迪: | 全面推行刀片+叠片 |
中创新航: | one stop电芯采用短刀+叠片 |
国轩高科: | 大众UC电芯采用短刀+叠片 |
欣旺达: | 4C超充电芯采用叠片 |
比亚迪、蜂巢能源:全面推行刀片+叠片
国轩高科UC、中创新航OS:重点项目采用刀片+叠片 欣旺达:4C超充电芯采用叠片。
叠片工艺助力刀片电池更好性能。
刀片电池采用叠片工艺,刀片电池具备八大优势:
刀片电池渲染图
蜂巢能源短刀电池采用叠片工艺。
蜂巢始终坚守叠片路线,全域短刀化,用不同长度的刀片电池适配不同需求。
乘用车BEV:L600 LFP、L600 果冻NCM、L300 2.2~4C快充。
乘用车PHEV:L400 LFP体系。
储能、商用车:L500+CTP技术。
低速车:L400 LFP或无钴体系。
短刀电池
中创新航One stop-电芯设计采用原位复合叠片技术。
采用叠片工艺,在刀片电池的基础上二次创新,采用多种新技术。
超薄壳体技术-0.2MM
多维壳体成型技术
“无盖板”设计
多功能复合封装技术
横块化极柱
一体式电连接技术
高剪切外绝缘技术
柔性泄压技术
One stop 电芯
大众将其标准电芯从卷绕切换至叠片工艺。
标准模组:590*220*108mm标准MEB模组。
第一代标准电芯:方形卷绕电池,顶部出极耳。
第二代标准电芯:方形叠片电池,侧面出极耳。
欣旺达4C超充采用叠片。
叠片电池极耳数量更多,内阻更小。
叠片电池没有R角,R角处存在应力集中,更易导致微短 路、电击穿以及析锂的现象。
欣旺达4C超充电芯采用叠片