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锂电池研发制造厂家关于叠片和卷绕技术分析

2019-07-30

随着手机、数码产品、笔记本电脑、无人机、航模、电动工具、军工、新能源汽车、便携式储能、医疗设备等领域大量采用锂电池作为电源,国内锂电池产业获得了迅猛发展。作为锂电池制造的重要环节,叠片与卷绕工艺备受学术界和商业界的广泛关注。


目前,我国锂电池生产厂家主要集中在广东省沿海区域。其中,格瑞普电池也是其中的佼佼者,今天大家来分享一下关于卷绕和叠片两种工艺及其特点。




关于叠片与卷绕


卷绕工艺:如圆柱形电池,这种工艺是将原材料按负极、隔膜、正极、隔膜的顺序叠在一起,通过卷绕法直接卷成圆柱形,再放在金属外壳中;

叠片工艺:例如软包形电池,靠的是“叠”,如“z”字形叠片,先把正负极原料裁切成同样大小的矩形极片,再分别叠到隔膜上,隔膜“Z”字形穿行其间,隔开两极,最后包上铝塑包装;




卷绕工艺


1、内阻较高

通常情况下正负极都只有单一极耳。

2、高倍率放电容量少

单一极耳难以大电流充分完成放电。

3、放电平台低

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。

4、容量密度低

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。

5、能量密度低

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。

6、适用范围较窄

对于超薄电池,极耳厚度占据空间比例过大进而影响电池容量。

7、适用厚度窄,厚度难以控制

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。而且厚度难以控制,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。

8、电池形状单一,容易变形、只能做成常规电池

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;所以,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。而且,只能做成长方体电池。



叠片工艺


1、内阻较低

相当于多个小极片并联,降低了内阻。

2、高倍率放电容量多

多极片并联更容易在短时间完成大电流放电。

3、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。

4、容量密度高

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。

5、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。

6、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。

7、厚度便于控制、不容易变形

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。同时,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。

8、尺寸灵活、适用于高倍率电池、异形电池、动力电池等

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。



叠片的好处


1、锂离子工作一段时间后,正负极极片均会出现一定程度的膨胀,卷绕法的电池在拐角处,由于内外膨胀程度不同,会出现波浪状变形,使得电池内部结构不稳定,严重时还可能发生断裂,引发事故;

2、叠片的电池,每层只会上下膨胀,内部结构依然保持平整,相比之下也更安全,在震动、挤压、浸水、针刺等安全性测试中,电池均超过国标要求。此外,叠片法由于各个正负极片之间互相隔绝,所以每个极片都要安装一个极耳,然后分别焊接在一起,形成最终的正负极;

3、但卷绕法为了减少工序,只会隔几层才安装一个极耳,总数通常只有前者的一半,然而,极耳充当着电池的导线,叠片法因为有更多的极耳,其横截面也就比卷绕法的大,电阻也跟着降低,那么电池在工作时产生的热量也会更少,更不容易膨胀。

4、由于目前电动汽车使用的方形电池,但是方壳电池体积较大,卷绕法必然会在四个边角形成弧度,在方壳内产生空隙,而叠片法则可以充分利用空间,尽量填满方壳,能量密度相比前者会高出百分之5左右。



动力电池电芯制作方式是叠片好还是卷绕更好呢?


对于消费类电池而言,相比于电池容量、性能更注重效率的提升,因此客户会有卷绕工艺的需求。但是对于动力电池而言,考虑未来电芯做大做强,业内人士普遍认为,叠片工艺可以更好的发挥大型电芯优势,其在安全性、能量密度、工艺控制均比卷绕占据优势,因此对于动力电池领域而言,叠片工艺是软包电池长期发展的应用趋势毋庸置疑。同时叠片工艺可以更好控制电芯良率,最重要的是追求高能量密度,因此叠片工艺是未来最好的选择。


格瑞普对锂电池叠片卷绕关键技术的解码,为中国锂电池制造行业智见未来。或许,选择没有对或错,卷绕和叠片,还是由市场来决定。



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