锂离子电池叠片技术路线发展趋势和解析

蓝狮平台网讯：

01.锂离子电池叠片技术路线总览

  目前锂离子电池的叠片技术路线主要分为4类：Z字型叠片、切叠一体、热复合叠片和卷叠一体。其中Z字型叠片和切叠一体本质均为Z字型叠片，也是国内应用较为广泛的叠片工艺；热复合叠片最大的特点为实现正极、负极和隔膜一次性完全切片堆叠，有效提高了叠片及电芯的质量和生产速率，相对而言技术难度更高；国外以LG新能源为例，采用的是卷叠一体，效率较高但受LG专利保护。

02.锂离子电池叠片技术路线解析

  1.Z字型叠片技术

  Z型叠片技术是目前较为常见的一种叠片工艺，其原理如下图所示——通过可移动叠片台拉动隔膜在叠片平台之间来回移动，实现正极极片和负极极片的交叉堆叠。

  Z 型叠片技术的问题在于隔膜容易变形且堆叠效率不高。①、隔膜容易变形：Z 型叠片技术隔膜会随可移动叠片台左右摆动，隔膜摆轴容易造成不对称，导致隔膜变形不一致；隔膜张力每次从零到最大，导致隔膜拉伸不一致、变形，同时隔膜的孔隙率、平均孔径、比表面积都会有较大的变化，影响电芯质量。②、堆叠效率不高：在叠片过程中，需要摆动隔膜来叠放极片、避让隔膜交替进行，增加了单次叠片所需要的时间，同时只能实现单片堆叠，叠片效率很难有大的提升，一般为 0.5s/pcs/工位，若电池极片层数为30 层，则完成一个电池的时间为 15 秒，则一分钟内能完成 4 个电池，即效率仅有 4PPM。

  2.切叠一体技术

  切叠一体技术本质上依旧为Z型叠片技术，作为Z型叠片技术的一种改良，逐渐成为发展趋势，其优点在于提升良率和叠片效率。①、提升良率：电池在不同工序转运过程中容易发生损伤，将多个环节集中到一台设备上，就能够在工艺流程上减少电池损伤的可能性。过去传统的生产方式为叠片机从料盒中取切片进行叠片。取片过程中可能会发生磕碰和极耳翻折，而切叠一体机将极片模切/激光切、Z 字型叠片机、贴胶热压机三类机型进行整合，解决了折弯和吸片的问题，通过减少上下料、转运工序，减少磕碰、提高良率。②、提升叠片效率：切叠一体机将正负极片和隔膜同时收放，在主叠片台或摆杆作用下，呈Z字型折叠，当叠放至设定片数后，隔膜裁切贴胶，再热压成电芯，如先导智能最高叠片效率达800PPM（0.075s/pcs），利元亨高速切叠一体机的叠片速度达 0.15s/pcs（三工位）。

  3.热复合叠片技术

  热复合叠片机的工作原理为正极卷料、负极卷料、隔膜同时进料，在进入加热装置前，正极片、负极片通过切刀裁切成所需尺寸的单个极片，正极片、负极片、隔膜的组合体在辊轮的作用下进入加热系统。加热后再进行热辊压、切刀，将隔膜切断，形成单个的叠片单元，然后通过机械装置将单个叠片单元堆叠在一起，之后再对叠片堆进行热平压，形成极芯。

  热复合一体机的隔膜为涂胶隔膜，受热有粘性。烘烤后的正负极片与隔膜热复合，随后经辊压，裁切成复合单元。然后有机械手将其转移至叠片台进行叠片。叠完后热压，再进行贴胶。

  热复合叠片机极片和隔膜同时收放，能够避免 Z 字型叠片隔膜变形等问题。热复合叠片工艺中，隔膜和极片所受的拉力方向始终不变、速度保持均匀，相对于卷绕工艺过程中拉力不断变化、Z型叠片的拉力周期性变化和摆动，热复合式叠片机在生产过程中连续单方向输送、速度和张力控制稳定，生产的极芯界面平整，隔膜的机械性能、孔隙率、平均孔径、极片与隔膜界面等均匀一致，电芯质量更高。热复合叠片技术难度比Z 型叠片更高，适合高能量密度大电芯。热复合叠片机比Z型叠片多热复合和辊压等工序，技术难度更高，后期注液等工序难度更大；热复合叠片机同时集成制片、叠片、热压一体，高效节能、省空间，更适用于高能量密度大电芯。

  4.卷叠一体技术

  LG 享有 Stack & Folding 专利，不对外出售，设备商为德国 MANZ，其工艺流程一般是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；然后用卷绕的方式将极片分别包裹起来，实现两组正负极片相间叠放，速度和效率较高。

  根据 LG 新能源官网，LG 的 Stack & Folding 专利将一片正极、一片负极和一片隔膜堆叠组成 Bi-cell 后，再将多个 Bi-cell 折叠组成一个电池。在正负极片之间 LG 新能源还利用其专有的 SRS（Safety Reinforced Separator）隔膜，该技术是在隔膜上涂覆陶瓷并加热来增加机械强度，从而防止内部短路，大大提高了电池安全性和性能。

03.锂离子电池叠片技术路线发展趋势

  叠片技术路线仍处于迭代中：

  （1）切叠一体机成为发展趋势：目前国内主流技术路线为 Z 字型叠片，切叠一体机能够较大程度地提升叠片良率，逐渐取代传统的 Z 字型叠片，切叠一体机将极片模切/激光切、Z字型叠片机、贴胶热压机三类机型进行整合，简化中间工序、减少磕碰，从而提高良率；

  （2）叠片效率不断提升：叠片受制于效率这一发展瓶颈，目前国内叠片机厂商均注重提升叠片速度，如利元亨高速动力切叠一体机目前最优片速度 0.15s/pcs (三工位，即单工位为 0.45s/pcs)，正在开发整机0.125s/pcs 的超高速叠片工艺，先导智能切叠一体机最高叠片效率达800PPM(0.075s/pcs)，切叠稳定效率为 0.45s/pcs (单工位)，叠片效率的提升是取代卷绕工艺的关键。

【责任编辑:孟瑾】