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01.鋰離子電池疊片技術(shù)路線總覽
目前鋰離子電池的疊片技術(shù)路線主要分為4類：Z字型疊片、切疊一體、熱復(fù)合疊片和卷疊一體。其中Z字型疊片和切疊一體本質(zhì)均為Z字型疊片，也是國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的疊片工藝；熱復(fù)合疊片最大的特點為實現(xiàn)正極、負(fù)極和隔膜一次性完全切片堆疊，有效提高了疊片及電芯的質(zhì)量和生產(chǎn)速率，相對而言技術(shù)難度更高；國外以LG新能源為例，采用的是卷疊一體，效率較高但受LG專利保護。
02.鋰離子電池疊片技術(shù)路線解析
1.Z字型疊片技術(shù)
Z型疊片技術(shù)是目前較為常見的一種疊片工藝，其原理如下圖所示——通過可移動疊片臺拉動隔膜在疊片平臺之間來回移動，實現(xiàn)正極極片和負(fù)極極片的交叉堆疊。
Z 型疊片技術(shù)的問題在于隔膜容易變形且堆疊效率不高。①、隔膜容易變形：Z 型疊片技術(shù)隔膜會隨可移動疊片臺左右擺動，隔膜擺軸容易造成不對稱，導(dǎo)致隔膜變形不一致；隔膜張力每次從零到最大，導(dǎo)致隔膜拉伸不一致、變形，同時隔膜的孔隙率、平均孔徑、比表面積都會有較大的變化，影響電芯質(zhì)量。②、堆疊效率不高：在疊片過程中，需要擺動隔膜來疊放極片、避讓隔膜交替進行，增加了單次疊片所需要的時間，同時只能實現(xiàn)單片堆疊，疊片效率很難有大的提升，一般為 0.5s/pcs/工位，若電池極片層數(shù)為30 層，則完成一個電池的時間為 15 秒，則一分鐘內(nèi)能完成 4 個電池，即效率僅有 4PPM。
2.切疊一體技術(shù)
切疊一體技術(shù)本質(zhì)上依舊為Z型疊片技術(shù)，作為Z型疊片技術(shù)的一種改良，逐漸成為發(fā)展趨勢，其優(yōu)點在于提升良率和疊片效率。①、提升良率：電池在不同工序轉(zhuǎn)運過程中容易發(fā)生損傷，將多個環(huán)節(jié)集中到一臺設(shè)備上，就能夠在工藝流程上減少電池?fù)p傷的可能性。過去傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式為疊片機從料盒中取切片進行疊片。取片過程中可能會發(fā)生磕碰和極耳翻折，而切疊一體機將極片模切/激光切、Z 字型疊片機、貼膠熱壓機三類機型進行整合，解決了折彎和吸片的問題，通過減少上下料、轉(zhuǎn)運工序，減少磕碰、提高良率。②、提升疊片效率：切疊一體機將正負(fù)極片和隔膜同時收放，在主疊片臺或擺桿作用下，呈Z字型折疊，當(dāng)疊放至設(shè)定片數(shù)后，隔膜裁切貼膠，再熱壓成電芯，如先導(dǎo)智能最高疊片效率達800PPM（0.075s/pcs），利元亨高速切疊一體機的疊片速度達 0.15s/pcs（三工位）。
3.熱復(fù)合疊片技術(shù)
熱復(fù)合疊片機的工作原理為正極卷料、負(fù)極卷料、隔膜同時進料，在進入加熱裝置前，正極片、負(fù)極片通過切刀裁切成所需尺寸的單個極片，正極片、負(fù)極片、隔膜的組合體在輥輪的作用下進入加熱系統(tǒng)。加熱后再進行熱輥壓、切刀，將隔膜切斷，形成單個的疊片單元，然后通過機械裝置將單個疊片單元堆疊在一起，之后再對疊片堆進行熱平壓，形成極芯。
熱復(fù)合一體機的隔膜為涂膠隔膜，受熱有粘性。烘烤后的正負(fù)極片與隔膜熱復(fù)合，隨后經(jīng)輥壓，裁切成復(fù)合單元。然后有機械手將其轉(zhuǎn)移至疊片臺進行疊片。疊完后熱壓，再進行貼膠。
熱復(fù)合疊片機極片和隔膜同時收放，能夠避免 Z 字型疊片隔膜變形等問題。熱復(fù)合疊片工藝中，隔膜和極片所受的拉力方向始終不變、速度保持均勻，相對于卷繞工藝過程中拉力不斷變化、Z型疊片的拉力周期性變化和擺動，熱復(fù)合式疊片機在生產(chǎn)過程中連續(xù)單方向輸送、速度和張力控制穩(wěn)定，生產(chǎn)的極芯界面平整，隔膜的機械性能、孔隙率、平均孔徑、極片與隔膜界面等均勻一致，電芯質(zhì)量更高。熱復(fù)合疊片技術(shù)難度比Z 型疊片更高，適合高能量密度大電芯。熱復(fù)合疊片機比Z型疊片多熱復(fù)合和輥壓等工序，技術(shù)難度更高，后期注液等工序難度更大；熱復(fù)合疊片機同時集成制片、疊片、熱壓一體，高效節(jié)能、省空間，更適用于高能量密度大電芯。
4.卷疊一體技術(shù)
LG 享有 Stack & Folding 專利，不對外出售，設(shè)備商為德國 MANZ，其工藝流程一般是先將正負(fù)極片裁切成單元，并通過對轉(zhuǎn)臺與升降吸盤的設(shè)置，分別貼在隔膜上；然后用卷繞的方式將極片分別包裹起來，實現(xiàn)兩組正負(fù)極片相間疊放，速度和效率較高。
根據(jù) LG 新能源官網(wǎng)，LG 的 Stack & Folding 專利將一片正極、一片負(fù)極和一片隔膜堆疊組成 Bi-cell 后，再將多個 Bi-cell 折疊組成一個電池。在正負(fù)極片之間 LG 新能源還利用其專有的 SRS（Safety Reinforced Separator）隔膜，該技術(shù)是在隔膜上涂覆陶瓷并加熱來增加機械強度，從而防止內(nèi)部短路，大大提高了電池安全性和性能。
03.鋰離子電池疊片技術(shù)路線發(fā)展趨勢
疊片技術(shù)路線仍處于迭代中：
（1）切疊一體機成為發(fā)展趨勢：目前國內(nèi)主流技術(shù)路線為 Z 字型疊片，切疊一體機能夠較大程度地提升疊片良率，逐漸取代傳統(tǒng)的 Z 字型疊片，切疊一體機將極片模切/激光切、Z字型疊片機、貼膠熱壓機三類機型進行整合，簡化中間工序、減少磕碰，從而提高良率；
（2）疊片效率不斷提升：疊片受制于效率這一發(fā)展瓶頸，目前國內(nèi)疊片機廠商均注重提升疊片速度，如利元亨高速動力切疊一體機目前最優(yōu)片速度 0.15s/pcs (三工位，即單工位為 0.45s/pcs)，正在開發(fā)整機0.125s/pcs 的超高速疊片工藝，先導(dǎo)智能切疊一體機最高疊片效率達800PPM(0.075s/pcs)，切疊穩(wěn)定效率為 0.45s/pcs (單工位)，疊片效率的提升是取代卷繞工藝的關(guān)鍵。
