在電池中段電芯的裝配工序中,有兩種不同的技術方案在暗暗較勁,那就是卷繞和疊片工藝。這兩種工藝互相競爭的關鍵點在:電芯的空間利用率、電芯的壽命、電芯制造效率以及制造投資規模的大小等。
下面我們就來說一下兩種工藝的不同。
卷繞工藝是通過控制極片的速度、張力、尺寸、偏差等要素,要將相互匹配的極片、隔膜和膠帶等分條后,按尺寸卷成極芯。
疊片工藝則是將極片跟隔膜交替堆疊在一起,最終完成多層疊。
從電池的形態來看,軟包和刀片電池都是圍繞著疊片工藝來設計生產的,而方殼電池可以采用疊片工藝也能采用卷繞工藝。而目前中國電池企業主要的技術方向以卷繞技術為主,特別是圓柱電池作為一種成熟的產品形態,一直是采用卷繞工藝的,但是長期來看,隨著疊片技術的進步,大量的企業也開始從原有的卷繞工藝進入到疊片時代。
疊片技術有什么優勢?
從最終的電池的成品來看,用疊片工藝制作的電池產品能量密度更高,內部的結構更穩定,安全性更高,壽命也更長。
1. 疊片能量密度更高
主要原因是卷繞工藝下電芯內部拐角有弧度,這就導致了電芯的空間利用率低一些,疊片工藝可以充分利用電池的空間,因此在相同體積的電芯設計下,能量密度也比卷繞的更高一些。
2. 疊片內部結構更穩定
電池在使用過程中,由于鋰離子的嵌入會使得正負極片都有膨脹,卷繞的電芯因為在卷繞的拐角處內外層內應力不一致,電芯會發生波浪形的變形,從而導致電芯的界面變差,電流分布不均勻,電池內部結構也會變得越來越不穩定。
3. 疊片電芯安全性更高
也是因為結構自身的形狀帶來的極片的膨脹和收縮,隔膜的拉伸都會導致電芯變形。所以控制電芯的形變是電芯安全性的保證之一。
在卷繞的工藝中兩端極片的折彎涂層材料也會發生較大彎曲變形,折彎處容易發生掉粉、毛刺等問題,極片跟隔膜受到拉力的時候也會發生褶皺,出現不均勻的問題,相對而言疊片由于受力均勻形變小,安全性相對更高一些。
4. 疊片電芯的循環壽命更長
循環壽命也是電池的關鍵性能之一,疊片電池極耳數量眾多,電子傳輸距離短所以電阻較小,因此疊片電池的內阻能夠降低電池的產熱,而卷繞容易發生變形膨脹等問題,影響電池的衰減特性。
疊片技術的劣勢有哪些?
疊片工藝也并不是沒有劣勢,不然就不會存在技術路線上的競爭。疊片設備存在生產效率低,設備投資額較高,良率低等缺點。
1. 目前疊片機生產效率低于卷繞機
一般動力電池的方形卷繞機的效率為12個ppm,但傳統的Z字形疊片機效率一般只有4個ppm,這里的效率就差了三倍。另外由于疊片占地面積也比卷繞機大,這使得效率進一步降低了。
2. 疊片生產線設備投資額高
從單條產線來看,需要的卷繞機是跟每個電芯的長度有關,一般一條產線需要10臺卷繞機,需要的投資額在3,000萬左右,而采用疊片工藝一條產線需要的疊片機的數量也跟電池的片數有關,一般需要的投資額在6,000萬元以上。
3. 疊片生產工藝良品率稍低
卷繞電池相對分切方便,所以說合格率較高。每個電芯只要進行正負極一次分切,難度較小;而疊片機的分切疊片相對繁瑣,每個電芯有幾十個小片,而每一次上料疊片的過程中,只要出現一次片料重疊,就會導致不良品。
如果能很好解決疊片的不良率問題,由于其工藝下電芯結構穩定,疊片機會得到更廣的應用。
阿童木金屬雙張檢測器MDSC-1000L作為疊片機的配套檢測設備,針對鋰電行業的片料“輕”、“小”、“薄”的特點設計研發,能檢測0.01mm片料,采用非接觸式檢測,既避免片料由于接觸產生的損傷,又保證其快速檢測,檢測速度能達到600片/分鐘。
能達到這些技術參數的產品有很多,為什么選擇阿童木品牌?
阿童木認為:達到技術參數只是進入門檻,穩定的檢測才是產品的關鍵指標。
為了提升可靠性,阿童木在用料上做了什么呢?這里有一張對比表,直觀明了。
從這張表里可以看出,對于抗干擾穩定信號的用料必須是體系化的使用,而不是一兩處零部件的地方,哪怕是看不到摸不到的地方也要遵循安全可靠性原則,只有這樣才能最大保障生產模具安全。
專利金屬外殼——有別于塑料外殼和一般金屬外殼,阿童木的工程師在設計之初就對各行業的生產車間做過電磁信號的收集分析,經過測試最終使用3mm厚度的特制合金作為雙張檢測器外殼,并申請了專利。
四層集成電路——電路的開發、PCB選材對抗干擾也起到重要的作用。
行業里有不少雙張檢測器企業依舊采用分立元件電路設計,雖然分立元件電路成本更低,但是插件飛線也更容易受到生產環境的信號干擾,另外電路虛焊也容易帶來故障風險。
阿童木的工程師們在集成電路設計及工藝上,也專門解決了傳感器零點漂移和靈敏度漂移問題。
要達到更高的可靠性,就要在看不見的地方下功夫。
阿童木還將雙張檢測器送去有資質的專業機構進行檢測,在專業機構進行「電磁兼容檢測」和「可靠性與環境檢測」共28項,為期30±2天的嚴苛檢測中,實現單雙張檢測零誤報率。
附上測試項目內容:
“高可靠性做的既是科技活,也是良心活。”工程師提到這樣一個觀點。科技活是指要確保使用的材料經得起復雜的工況環境;良心活是指要對得起客戶的信任,無論是在看得見的地方還是看不見的地方。