電池制造工藝主要分為兩條技術(shù)路線：堆疊工藝和卷繞工藝。在三種不同形式的鋰電池中，圓柱形電池只使用卷繞工藝，柔性包裝工藝只使用堆疊工藝，方形電池可以使用卷繞工藝也可以使用堆疊工藝。

目前，像全球動力電池公司這樣的全球領(lǐng)先電池公司的未來產(chǎn)品規(guī)劃正在逐步轉(zhuǎn)向堆疊電池。本文將主要介紹卷繞式電池與堆疊式電池的優(yōu)缺點。

 

什么是卷繞和堆疊電池

卷繞結(jié)構(gòu)是通過固定的卷繞針的卷繞，將電池的正極片、隔板、負極片和隔板像口香糖一樣卷繞在一起，擠壓成圓柱形或橢圓圓柱形或正方形。

纏繞的電芯可以形成硬殼圓柱形繞組和方形繞組。圓柱形卷繞電池代表特斯拉的圓柱形電池，18650、21700和4680電池；方形繞組電芯是大多數(shù)汽車公司常用的另一種電芯。

堆疊結(jié)構(gòu)是將負極和正極極片切割成所需尺寸，然后將正極極片、隔板和負極極片堆疊成小電池單體，然后將小電池單單體平行堆疊，形成電池模塊。

 

繞組與堆疊電池

繞組電池的優(yōu)點

與堆疊電池相比，纏繞工藝的優(yōu)點主要在于加工成本低、效率高、質(zhì)量高。

● 易于點焊。每個鋰電池只需要點焊兩個地方，很容易控制。

● 簡單的生產(chǎn)控制。一個鋰電池有兩個極片，便于控制。圓筒繞組在市場上存在已久，技術(shù)成熟，一致性好。

● 方便的分切。每個電池只需要對陰極和陽極進行一次切割，難度較小，產(chǎn)量高。

 

 

繞組電池的缺點

與堆疊電池相比，電池的纏繞困難在于兩個修邊的毛刺、兩側(cè)的對齊以及纏繞張力的控制。

● 高內(nèi)阻和大極化

與堆疊式電池相比，電池的內(nèi)部極化消耗了部分電壓，陰極和陽極只有一個凸耳，因此充放電比性能較差。

● 散熱效果差

以前，圓柱形繞組的單電芯很小，散熱需要間隔。與堆疊電池相比，每單位體積的模塊重量大而方正，便于散熱，但尺寸固定，重新開發(fā)定制模具的成本較高。

電芯之間的隔熱措施不易操作，處理不當(dāng)容易造成局部過熱，從而導(dǎo)致熱量傳播失控；全極耳繞式電池內(nèi)阻小，解決了高能量密度電池發(fā)熱的問題，但新技術(shù)仍存在工藝難點。

● 電池厚度難以控制

由于電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，極耳、分離器端部和電芯兩側(cè)的厚度容易不均勻。

 

堆疊電池的優(yōu)點

與卷繞電池和堆疊電池相比，堆疊工藝的優(yōu)勢主要在于大電芯的優(yōu)勢。

● 更高的容量密度。與卷繞電池和堆疊電池相比，電極板膨脹，堆疊的充電和放電功率更好。

● 高能量密度。與卷繞電池和堆疊電池相比，堆疊的利用率更高，負載電極板的面積更大，能量密度更高。

● 靈活的尺寸。它可以像18650電池一樣根據(jù)鋰電池的大小進行加厚，也可以用作異性電池。

 

 

堆疊電池的缺點

在比較繞組與堆疊電池時，堆疊工藝的缺點主要在于內(nèi)部短路的風(fēng)險很高。

● 它很容易焊接

與堆疊電池相比，纏繞過程只需要兩個修邊，與此不同，纏繞過程易于控制毛刺和對齊。堆疊結(jié)構(gòu)需要四個修邊，這很難控制并且合格率低。

● 設(shè)備成本高

控制切邊需要高精度的半自動或全自動設(shè)備，因此設(shè)備成本和輸出成本較高。目前，我國層壓機的效率大多為0.8片/片，遠遠落后于其他國家0.17片/片的層壓機。

與堆疊電池相比，即使使用高精度機器進行層壓和纏繞，高速纏繞也比高速堆疊更容易以低成本實現(xiàn)。

 

總結(jié)

通過繞組與堆疊電池的比較，堆疊工藝具有更高的技術(shù)要求和更多的初始成本投資。與卷繞電池和堆疊電池相比，堆疊電池通常用于軟包裝電池和比亞迪刀片電池結(jié)構(gòu)。

軟芯采用鋁塑膜包裹，尺寸靈活，能量密度高，但機械強度差，密封過程困難，難以使PACK能量密度高。

比亞迪的CTP采用無模塊方案，其中電池芯充當(dāng)模塊，模塊的保護殼被移除，刀片電池本身充當(dāng)電池的梁。每單位體積裝載更多的電池，大大提高了空間利用率和系統(tǒng)能量密度。

 

卷繞電池與堆疊電池將在未來形成互補和競爭

對于動力電池來說，大容量、低成本的電池是大勢所趨。在比較繞組與堆疊電池時，堆疊工藝可以更好地發(fā)揮大電芯的優(yōu)勢，在安全性、能量密度和工藝控制方面都優(yōu)于繞組。

未來，儲能電池將以方形堆疊電池為主。與卷繞電池和堆疊電池相比，堆疊電池具有發(fā)展?jié)摿?，以刀片電池為代表的儲能堆疊電池的發(fā)展勢頭在近兩年開始顯現(xiàn)。

 

 

數(shù)據(jù)顯示，方形堆疊電池在儲能市場整體滲透率約為7%，廣泛應(yīng)用于家庭儲能系統(tǒng)、工商業(yè)儲能以及源網(wǎng)側(cè)儲能項目。理論上，與卷繞電池和堆疊電池相比，堆疊電池具有體積能量密度上限更高、內(nèi)部結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、循環(huán)壽命更長的優(yōu)點。它與大容量電池的生產(chǎn)工藝有更高的匹配度。但存在設(shè)備投資成本高、收率低、效率不夠、工藝難度大等缺點。電芯大容量、低成本是大勢所趨，壓實密度和能量密度難以平衡。

如果追求耐久性需要更高的能量密度，即需要增加涂層厚度和壓實密度，以便在相同體積下獲得更多的電能。軋制是鋰電池電極片最常用的壓實工藝。兩側(cè)涂有顆粒狀涂層的電極板被送入兩個輥之間的間隙，涂層在輥的線性載荷下被壓實。在工業(yè)生產(chǎn)中，鋰電池極片一般采用滾筒機連續(xù)軋制。碾壓的目的是增加正極材料的壓實密度，增加電池的放電容量，降低內(nèi)阻，降低極化損耗，延長電池的循環(huán)壽命，提高鋰離子電池的利用率。

但是，如果你想快速充放電并提高電池電量，就不應(yīng)該按壓太用力，并且壓實密度應(yīng)該較低，為鋰離子提供更快的移動通道。為了追求高安全性，電芯的隔離膜越厚越好，以防止電芯內(nèi)部短路，提高安全性。然而，隔離膜越厚，能量密度和功率就越低。隨著堆疊工藝的成熟和機器設(shè)備效率的提高，堆疊電池技術(shù)效率低、成本高的問題可能會得到解決。卷繞與堆疊電池的結(jié)果是，它們將形成互補競爭的競爭模式。