### 详解锂电池叠片、卷绕工艺的区别

 上周小编讲到了三元锂、磷酸铁锂两种电芯的区别，在动力电池制造工艺领域，我们还常会听到“卷绕”与“叠片”等词，那么接下来带大家了解主流的动力电池生产工艺——锂电池叠片、卷绕工艺的区别。

 

 

一、

 

工艺原理

 

 

1.叠片工艺：

 

把正负极片裁剪成所需尺寸，然后将它们与隔膜叠合在一起，形成小型电芯单体，接着小电芯单体叠放并联形成电池模组。

 

2. 卷绕工艺：

 

通过固定卷针将完成分条的正极极片、隔膜和负极极片根据一定顺序卷绕，并挤压成圆柱形、椭圆柱形或方形。然后，再将这些卷绕好的极片放置在方形或圆柱形的金属外壳里。极片的尺寸和卷绕的圈数通常由电池的设计容量来决定。

 

 

 

 

 

 

二、电学性能差异

1.内阻：

 

叠片工艺制造的电池内部电阻较低，这是因为叠片工艺采用多个极耳并联焊接，减少了锂离子的迁移路径，低内阻可改善电芯在使用时的发热情况，使得电芯初始能量密度的衰减速率变慢。相比之下，卷绕工艺制造的电池由于采用单极耳输出电流，内部电阻较高。

 

 

 

 

2.循环寿命：

 

叠片工艺制造的电池具有较好的散热性能，其内部结构支持较均匀的分布热量；而卷绕工艺制造的电池由于内部结构与机械表现出梯度性变化，散热方向不均匀，容易出现温度梯度分布的情况。这导致卷绕工艺的电池在长期使用中容易出现容量衰减较快的现象，造成电池的循环周期偏短。

 

 

 

 

3.电极片机械应力：

 

两种工艺还存在机械应力方面的差异，叠片工艺制造的电极片之间受力区域相同，无明显应力集中点，充放电过程极片材料层不易损坏。而卷绕工艺制造的电芯在弯折处产生应力集中，容易在电信号的刺激下导致电池发生结构性破坏、短路和锂金属析出等问题，从而影响电池的循环寿命。

 

 

 

 

 

4. 倍率性能：

叠片工艺制造的电池相对于卷绕工艺具有更好的倍率性能，短时间内能更快地完成大电流放电。这是因为叠片工艺相当于将多个极片并联起来，增加了电流通道。

 

 

5.能量密度设计差异：

叠片工艺能更好地利用封装空间，增加有效材料的填充，因此叠片工艺制造的电池能支持更高的能量密度。而卷绕工艺由于电极片弯曲的圆形结构、与所使用的双隔膜结构占据了一定空间，未能达到更高的空间利用率，导致能量密度较低。

 

 

三、

工艺优势

 

1.叠片工艺优势：

容量密度高：叠片工艺能够更好地利用内部空间，相比卷绕工艺，电池体积相同情况下具有更高的容量；

 

能量密度高：叠片工艺制造的电池具有更高的放电平台和体积比容量，因此能够具有更高的能量密度；

 

尺寸灵活：叠片工艺可以根据锂电池的尺寸设计每个极片的尺寸，因此可以做成任意形状。

 

 

 

 

2. 卷绕工艺优势：

点焊容易：卷绕工艺只需要对每个锂电池进行两处点焊，操作相对简单；

 

生产控制简单：卷绕工艺的一个电池两个极片，易于控制；

 

分切方便：每个电芯只需进行一次正负极的分切，难度系数小、并且不良品概率低。

 

 

四、

工艺劣势

 

1.叠片工艺劣势：

容易虚焊：由于需要将多层正极或负极极耳焊接在一起，操作难度较大且容易虚焊；

 

设备效率低：目前国内叠片机的效率通常为0.8秒/片，与进口叠片机的0.17秒/片相比存在较大差距。

 

2. 卷绕工艺劣势：

内阻较高且极化大：由于卷绕工艺正负极只有单一极耳，一部分电压会被消耗在电池内部极化过程中，导致电池的充放电倍率性能较差；

 

散热效果不佳：卷绕工艺不易操作电芯间的热隔离措施，处理不当容易导致局部过热，进而引发热失控；

 

电池厚度难以控制：由于卷绕工艺制造的电芯内部结构不均一，极耳处、隔膜收尾处以及电芯两侧的厚度容易不均。

 

 

 

 

 

 

 2023-07-05