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电芯选卷绕还是叠片?市场说了算

卷绕和叠片,如孪生兄弟争斗,市场决定生死。

中国新能源汽车市场,据腾讯营销预测,未来5年将保持40%的复合增长率,到2022年年销量约300万台。增长原因是政策目标支持,车辆电池品质提升,消费者接受程度增强,由此可推导出企业发展将由政策导向转为市场产品驱动。

市场产品驱动,意味着消费者能真正作为顾客,用性价比的眼光,来衡量新能源汽车值不值得买。经实地调研,客户选购新能源汽车主要顾虑是电池的续航里程、使用寿命、安全性,也包含充电桩分布的完善性、充电时长、二手转卖保值率、流通渠道、售后服务等。

直白说,电池对新能源汽车而言,如同心脏,其性能与成本直接决定销量。

电池中应用最广泛的锂离子动力电池,其性能与工艺、制造设备密切相关。尤其是核心工序卷绕与叠片涉及到的,对量产成本有刚性约束。

本文将从卷绕和叠片两种工艺的工艺、设备特点、整车开发平台进行分析,评估。

01 卷绕与叠片工艺

卷绕工艺中,极片隔膜制成电芯后,两侧边缘位置的电极存在较大曲率,在充放电的过程中,易变形和扭曲,会导致电池性能下降,甚至有安全隐患。此外电芯放电过程中,两侧电流分布不均,电压极化较大,放电电压不稳。

叠片工艺过程繁琐,主要是极片与隔膜裁切成片。但极片分切合格率低,质量(断面、毛刺等)很难保持高度一致性,且对齐精度不够。

总的来说,卷绕效率高,工艺简单,但电芯品质不如叠片。虽然叠片机可通过多工位提升效率,然总体上成本依旧高昂,电芯一致性差,在市场上的竞争力还是薄弱些,只能限定一小部分使用。

02 卷绕设备

卷绕设备包括正负极片、隔膜自动放卷,自动除粉尘,正负极片自动卷绕,粘贴终止胶带,成品自动下料,预压称重,贴二维码等模块。

对电池厂而言,采购设备最重要的性能指标是卷绕线速度、张力波动控制、对齐精度、整机合格率、时间稼动率、故障率等。

就当下卷绕机的水平,可实现线速度3m/s,张力波动控制±5%,对齐精度为±2mm,整机合格率≥99%,时间稼动率≥98%,故障率≤1%。

03 叠片设备

以热复合式叠片机为例,其来料为已切割极耳的卷料。工序是正负极裁切、热复合、叠片、热压与四周包胶。

功能是极片隔膜自动放卷、自动纠偏、张力控制、极耳抚平和导向,除尘,极片裁断和送料、热复合、CCD定位和叠片,包胶,称重贴码等。

具体流程是正负极和隔膜卷先由伺服电机自动放卷,然后经张力控制和纠偏,被极片裁切装置裁切为定长的单片。热复合机构将裁切好的正负单片与双层隔膜送进烘箱内预热,再用麦拉膜保护极片和隔膜输送。结束后,直接冷压、裁断成独立叠片单元。

独立叠片单元被运送至CCD拍照位置,经拍照定位后,位置信息会传送至搬送机械手。搬送机械手接收指令,机械手上的吸盘吸附叠片单元堆叠至叠片台。堆叠至电芯所需层数后,直接输送至热压平台,完成热压。

热压后电芯进入包胶工位进行短路测试并四周包胶,随后称重并在表面贴码信息绑定,最终NG自动剔除,合格品则保留。

叠片机水平目前是电芯整体对齐精度±0.5mm,产品合格率≥99.5%,时间稼动率≥98%,故障率≤1%,叠片效率(五工位)在4片/s。

04 总结

叠片机和卷绕机都能制备大容量方形电池。从整车开发平台而言,未来方形电池的制造,会与车型底盘相匹配。

眼下最受业内关注的电动车平台就是大众MEB平台,从这一趋势来看,电池的模组和电芯尺寸都在变大。另外大众发布的VDA尺寸电芯已到达卷针周长的极限,按MEB平台的电芯尺寸,将来电芯长度还会增加。

如果单从能量密度和续航里程看,大模组、大电芯的确是趋势,叠片比卷绕更占优势。可市场比拼的本质是价格,如果叠片设备能大幅降成本,利润高过卷绕,取代也许就近在咫尺。

说一千,道一万,关键问题还是钱。自古巧妇难为无米之炊,叠片看似前途光明,若是成本一直居高不下,即便政策支持鼓励,迟早也会被消费者抛弃。

请不要抱怨市场无情,只讲利益,因为企业发展,最根本的还要靠盈利。

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