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電芯采用疊片工藝的鋰電池優缺點是什么?

鋰電池的生產制造過程中有很多個工藝環節都對產出的電芯性能有影響,其中在疊片工藝環節中,對產出的鋰電池成品性能質量影響較大,下面就對該環節對電池的影響做簡單的介紹吧。

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,疊片機是中段設備的核心,價值量占比約 70%。

鋰電池生產制造采用疊片工藝可以顯著提升電池能量密度和安全性:

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。

鋰電池采用疊片工藝的優劣勢分析:

受限于效率和工藝問題,疊片工藝存在生產效率低、設備投資大、工藝難度大等缺點。

鋰電池采用疊片工藝與卷繞工藝的對比分析:

1、疊片空間利用率較高,有利于提升電池能量密度。卷繞電池在卷繞拐角部有弧度,在空間利用率上要低于疊片電池,而疊片結構可以充分利用電池的邊角空間,根據《中國車規級動力高速疊片電池發展白皮書》數據,從卷繞到疊片,VDA 容量提升約 2.5%,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、疊片電池不存在拐角內應力不均勻問題,內部結構更加穩定。在電池循環過程中,伴隨鋰離子的嵌入,正負極片均有膨脹,卷繞電池由于拐角處內外層內應力不一致,容易產生波浪狀變形,導致電池界面變差,電流分布不均勻,內部結構不穩定。而疊片電池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。

3、疊片電池安全性更高。在電池循環過程中,卷繞電池拐角處內應力無法充分釋放,可能導致拐角處斷裂,進而產生脫粉、毛刺等問題,甚至引發電池內短路,帶來熱失控風險。而疊片電池拐角處受力均勻,大大降低電池安全風險問題。

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