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疊片電池工藝為什么更具優勢,為何頭部電池企業紛紛布局疊片電池工藝?

疊片電池工藝為什么更具優勢,為何頭部電池企業紛紛布局疊片電池工藝?

發布人:Jay 發布時間:2022-11-16 瀏覽次數:152

  電池制造工藝主要分為疊片工藝和卷繞工藝兩種技術路線。目前中國電池企業的主要技術方向以圍繞卷繞為主,但隨著疊片技術的進步,大量電池企業開始進入疊片領域。

  近期電池市場調研報告指出,目前主流電池企業均有疊片電池技術路線規劃,在方形電池大尺寸趨勢下,伴隨疊片設備技術進步,疊片工藝有望得到大規模應用,既然如此,那什么是電池疊片工藝呢,它具有什么優勢,為何頭部電池企業紛紛布局疊片工藝電池?

  一、什么是電池疊片工藝?

疊片電池工藝

  了解,疊片是指將極片與隔膜交替堆疊在一起,最終完成多層疊片極芯的一種生產工藝。和卷繞工藝相比,疊片工藝在能量密度、安全性、循環壽命等方面更具優勢。

  在三種不同形態的鋰電池中,圓柱電池僅使用卷繞工藝,軟包工藝僅使用疊片工藝,方形電池既可以使用卷繞也可以使用疊片工藝 。目前,全球頭部電池企業未來產品規劃逐漸向疊片電池切換 。

  疊片工藝能有效避免卷繞工藝中由于極片、隔膜折彎而產生的掉粉、縫隙等極芯缺陷;同時,在倍率性上,疊片結構電池相比卷繞工藝的普通結構、極耳中臵結構、多極耳結構電池的倍率性能更好。從電池廠應用情況看,以比亞迪與蜂巢能源為例,疊片技術應用已逐步成熟 ,生產效率提升快速,部分情形下效率超遠卷繞方式。

  不過,疊片工藝也存在一些問題:如生產效率低、設備投資額較高等。

  二、電池疊片工藝具有什么優勢?

  從電芯性能上看,疊片制成的電芯更為出色,而卷繞有著難以逾越的“鴻溝”。

  一方面,正負極片和隔膜被卷繞制成電芯后,其兩側邊緣位置的電極存在較大曲率,在充放電過程中容易發生變形和扭曲,從而導致電芯性能下降甚至構成安全隱患;另一方面,由于放電過程中兩側電流分布不均,卷繞電芯的電壓極化較大,導致其放電電壓不穩。

  與卷繞不同,疊片工藝的原理決定了電芯的正負極片和隔膜不會在制造過程中發生彎曲,能夠充分展開堆疊在一起。這不僅能減少電芯內阻、提升電芯功率,更重要的是,平整穩定的界面讓極片能夠同步收縮膨脹,讓變形和電場變得均勻,使得電芯內部電子移動更容易,從而實現更快的充放電速度。

  因此,在相同體積下,疊片電芯的能量密度較卷繞要多約5%,并且具備更長的循環壽命。

  除了性能外,疊片電芯的安全性也更好。以孚能科技的軟包疊片電芯為例,其針刺實驗能夠無明火甚至無煙,表現出高度的安全性。其中的奧秘就在于“熱”。卷繞電芯主要是沿卷軸方向散熱,加上卷繞層數較多,其傳熱散熱的效果都不理想;疊片電芯憑借較少的極片堆疊層數和更大的表面積,傳熱散熱效果明顯,電芯熱穩定性得到增強。

  總結來看,疊片工藝在能量密度、安全性、充放電效率方面要優于卷繞工藝。

疊片電池工藝

  三、為何頭部電池企業紛紛布局疊片工藝電池?

  近期小編注意到,全球領先電池企業中,LG新能源、比亞迪、SK on、中創新航、遠景動力和孚能科技都已布局疊片工藝路線。

  國內企業方面,11月2日,蜂巢能源官宣自主研發的第三代高速疊片技術成功量產。全新的疊片技術融合了極片熱復合與多片疊融合技術,在疊片效率方面實現了顛覆性突破,達到0.125秒/片,相比第二代效率提升超過200%,同時設備單位占地面積同比減少超過40%,而且產品安全性更好、生產良品率更高。

  作為率先將高速疊片工藝引入方形電池生產的電池企業,蜂巢能源第三代高速疊片技術量產,將引領動力電池行業加速進入疊時代。

  9月9日,孚能科技推出了全新動力電池解決方案——SPS(Super Pouch Solution)。在低溫性能部分,該電芯采用全極耳和疊片工藝,配備液冷板和納米保溫材料,還應用了低溫快速自加熱設計。

  9月3日,欣旺達發布了SFC480超級快充動力電池產品。在結構創新方面,該產品采用疊片&無連接片鏈接技術,電芯100%采用CT檢測技術,使疊片精度達到±0.1mm,同時采用CCD在線檢測防止不良率流出,進一步保障疊片精度。

  比亞迪于2020年3月發布刀片電池。采用疊片工藝生產刀片電池,對齊度可以控制在0.3mm內,疊片效率為0.3s/pcs。

  中創新航2019年推出全球首創全極耳疊片技術及產品,從根本上解決了卷繞結構產品的R角析鋰安全風險,大大提高安全性能;2022年第二季度,結合了全極耳、熱復合、超高速疊片等技術的新一代“全極耳熱復合切疊一體系統”在中創新航的方形電池產線上效率和精度再次獲得巨大突破,整機系統高達500pcs/min,疊片精度提升至0.25mm。

  遠景動力軟包電池均為疊片工藝。國外企業方面,LG新能源大部分采用疊片式軟包設計,其電芯目前主要采用Stack & Folding 堆疊工藝。SK on擁有獨特的疊片技術,確保電芯在充放電循環中不會產生極芯扭曲,電芯壽命更長、安全性更高。

  根據調研報告顯示,來方形電池中疊片工藝有望得到大規模使用,預測到2027年采用疊片設備的電池產能達到845GWh,這也是頭部電池企業紛紛布局疊片工藝電池原因所在,而格瑞普作為國內較早接觸軟包疊片電池的鋰電池廠家,早在2007年便已成立鋰電事業部,專于制造和研發疊片軟包鋰聚合物電池。發展至今,已經成為了國內外知名的疊片鋰聚合物電池廠家,格瑞普生產的疊片鋰聚合物電池被廣泛應用于無人機、RC模型、農業植保、跑車、汽配、醫療、戶外、海事、軍工、工業、可穿戴設備、AR/VR和消費類電子等領域。

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