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疊片機主要工藝流程介紹

2023-03-25 3390
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   電芯疊片是鋰電池中段生產的核心環節。鋰電池制造可統一分為極片制作、電芯組裝、電芯激活檢測和模組/Pack 封裝四大工序,其中,電芯組裝屬于中段生產環節,主要包括卷繞或疊片、電芯預封裝、電芯注液等工序。卷繞是指將制片工序或收卷式模切機制作的極片卷繞成電芯,疊片指的是將模切工序中制作的單體極片疊成電芯。通常來說,卷繞用于方形和圓柱電池,疊片用于方形和軟包電池。根據 GGII 測算數據,在鋰電設備中,中段設備價值量占比約為 35%,其中,卷繞/疊片機是中段設備的核心,價值量占比約 70%。

   疊片與卷繞的工藝差別主要在模切和極組成型。在模切工序,傳統卷繞采用雙邊模切,模切極耳間距不等,沖切位置有 Mark 孔進行定位;而疊片采用單邊模切,極耳間距相同,會進行等間距切斷。在極組成型工序,卷繞正負極片連續,疊片是片狀物料,在層數相同的情況下,相較于卷繞電池,疊片電池的極耳數量多一倍,同時隔膜張力幾乎為零,孔隙率和原材料保持一致。目前市場上主流疊片機設備路線主要有 Z 字型疊片機、切疊一體機、熱復合疊片機和卷繞一體機四種,其中 Z 型疊片目前在國內應用最廣泛,熱復合疊片機技術難度更高,卷疊一體機涉及到日韓專利,國內應用較少。
疊片顯著提升電池能量密度和安全性,劣勢在于效率和工藝控制等方面。和卷繞電池相比,疊片電池具有一定優勢:1)更高的體積能量密度上限:在相同體積的電芯設計情況下,疊片電芯的能量密度高出約 5%左右;2)更穩定的內部結構和更高的安全性:不存在拐角內應力不均勻問題,每層膨脹力接近,因此可以保持界面平整,內部結構更穩定,同時拐角處受力均勻,斷裂風險降低;3)更長的循環壽命:極耳數量是卷繞電池的 2 倍,內阻相應降低 10%以上,循環壽命比卷繞高 10%左右;4)更適合做高倍率、大尺寸和異型電池。但疊片也存在生產效率較低、良率較低、設備投資大、工藝難度大等劣勢,是此前制約大批量生產的主要因素。

   Li離子電芯核心制造工藝,由電芯的制造方式,主要分為疊片工藝和卷繞工藝兩種。鋰電池疊片技術,是使用隔膜將正、負電極片進行隔離,并依次層疊使其成為電芯的鋰電池制造技術。其基本原理及工作過程為:利用隔膜組件將成卷的隔膜拉出,通過疊片臺或隔膜組件的往復運動將隔膜折疊為Z字形,同時,利用機械手或其他轉運裝置將正、負電極片交替放在折疊的隔膜之間,由隔膜將正、負電極片分開。重復疊片,最終形成具有一定厚度的鋰電池電芯。疊片機作為實現疊片工藝核心設備,目前市場上主要分為三種類型設備。一是疊片機,正負極來料以成片方式來料,通過疊放料方式進行疊片操作;二是切疊一體機,正負極以卷料方式來料,整機集成了正負極料放卷,模切,疊片,熱壓,尺寸測量,Hi -pot測試等功能需求。第三種則是熱覆合工藝,現將隔膜和極片通過熱覆合的方式貼合之后,再模切制片,最后進行疊片,從而減少傳統疊片動作中的隔膜往復的運動,進而提供疊片效率。下面是切疊一體機主要工藝圖示(針對不同電池廠商加工流程差異,有所變化,大體流程是一致的)。

 

疊片機工藝流程圖示
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