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動力鋰電池的電芯制作：疊片和卷繞的工藝區分
時間: 2018-12-07 15:46
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將電池極片進行分條、烘干之后，下一步是制作電芯。電芯制作方式可以分為疊片式和卷繞式兩種。疊片式是將正負極極片、隔膜裁成規定尺寸的大小，隨后將正極極片、隔膜、負極極
將電池極片進行分條、烘干之后，下一步是制作電芯。電芯制作方式可以分為疊片式和卷繞式兩種。疊片式是將正負極極片、隔膜裁成規定尺寸的大小，隨后將正極極片、隔膜、負極極片疊合成小電芯單體，然后將小電芯單體疊放并聯起來組成一個大電芯，下圖所示。
1.圖一
卷繞式是將分條后的極片固定在卷針上隨著卷針轉動將正極極片、負極極片以及隔膜卷成電芯的工藝方式，如圖2。在這里極片的大小、卷繞的圈數等參數根據電池設計容量來進行確定。兩種方式各有其優缺點，下面從電池電化學性能、安全性能、加工工藝三個角度來進行比較。
2.圖二
1.正極片送料機構2.隔膜放卷機構3.負極片送料機構4.軋壓輥5.卷繞機構6.封貼及切斷機構
一、電池電化學性能
1.電池內阻不同
疊片式工藝生產的電芯具有較低內阻，而卷繞式內阻較高。因為卷繞式的電芯通常是單一極耳，而疊片式的電芯可以看成是多極耳式的，大大降低了其內阻。內阻不同造成成品電池在充放電循環中產熱量的不同以及電池容量衰減快慢不同，很明顯疊片式的電池電池容量衰減更慢。
2.電池壽命不同
隨著充放電循環的持續進行，電池內部會產生熱量繼而影響電池的溫度。對于疊片式電池來說，其內部的溫度分布較為均勻，而卷繞式電池由于極片與隔膜之間只有單方向的熱傳遞方式，就導致溫度梯度分布現象比較嚴重，出現內部高溫、外部低溫的現象。溫度分布不均勻導致電池在充放電過程中，高溫位置活物質率先失活，不能進行脫嵌鋰離子的功能，進而影響到其它位置的快速衰減，影響電池的性能。
3.電芯內部所受應力不同
兩種制作方式導致電芯具有不同的力學特征。疊片式制電芯極片隔膜之間受力面積一致，無明顯應力集中點，電池在使用過程中也不會出現某個部位急劇破壞。卷繞式電芯的邊緣處是應力集中所在，根據筆者以往的電池拆解分析經驗來看，極片彎折處更易出現微短路、電擊穿以及析鋰的現象。應力集中點是電池失活的首要位置，這也導致卷繞式電池的循環壽命降低。
4.電池倍率性能不同
疊片式工藝相當于多極片并聯起來，更容易在短時間內完成大電流的放電，有利于電池的倍率性能。而卷繞式工藝則正好相反，單一極耳導致倍率性能略差。
5.電池容量密度不同
疊片式電池容量密度更高，這是因為其內部空間利用的較為充分。反觀卷繞式電池，電芯兩邊為圓形且卷繞最后兩層隔膜占據了一定厚度，故容量密度較低。
二、電池的安全性比較
兩者的安全性也有區別，主要還是從其內阻、應力、溫度分布等方面來進行分析，溫度不均勻、內阻高的卷繞式電池安全性更低。
三、加工工藝
1.極片制作復雜程度不同
卷繞式工藝更簡單已操作，容易實現產業自動化。目前市場上大多企業采用的是卷繞的形式。而疊片工藝則非常繁瑣，且極片分切合格率很低。對于卷繞式電芯來說，只需要開頭和結尾兩刀，而疊片式每個極片都要四刀，極片的質量（斷面、毛刺等）很難保持高度一致性，這樣會影響電池的最終性能。
2.電芯制作復雜程度不同
卷繞式電芯操作比較簡便，無論是半自動或全自動都可以快速完成。疊片式工藝復雜程度較高，人工操作費時費力，自動化則由于設備問題而難以產業化。
除此以外，在電芯的質量控制方面，卷繞式更容易控制，而疊片式由于工藝步驟繁瑣，較難達到很好的一致性。
總之，還是需要根據自身的條件和電池要求來選擇合適的工藝，工藝變化之后極片分切和后面的焊接、組裝都需要進行很大的變動。
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