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动力电池制造过程的卷绕工艺与叠片工艺哪个好?

动力电池一般分为方壳、软包、圆柱三种形态,多采用卷绕和叠片两种工艺,存在各自不同的优劣势。

以卷绕方式组合成形的电芯所组成的电池,称为卷绕电池;叠片电池即应用叠片工艺的车用锂电池

从电池放电平台方面看,卷绕锂电池由于内阻高极化大,一部分电压被消耗于电池内部极化,因而放电平台略低。  叠片锂电池内阻较低极化较小,因而放电平台会高于卷绕电池而更接近材料的自身放电平台。

对于很多放电截止电压较高的用电设备来说,放电平台较高的叠片电池无疑是优先选择。

从电池容量方面看,卷绕锂电池由于极耳厚度、电芯两边为圆形、收尾的两层隔膜要白白占据厚度等原因导致内部空间没有被完全利用,体积比容量因此略低。叠片锂电池内部空间利用充分,因而与卷绕工艺相比,体积比容量更高。

电池容量的差异在较厚(卷绕侧边空间利用不充分将会被放大)和较薄(卷绕极耳厚度白白占据厚度空间将会被放大)这两类电池上才有体现,而对于一般常规尺寸电池而言,差异存在,但不会特别明显。

从电池能量密度方面看,卷绕锂电池由于体积比容量较低以及放电平台较低这两个原因,致使能量密度也不及叠片工艺电池。叠片锂电池放电平台和体积比容量都高于卷绕工艺电池,所以能量密度也相应较高。

从电池适用厚度方面看,卷绕锂电池适用范围较窄。对于超薄电池,极耳厚度占据空间比例过大会进而影响电池容量。对于超厚电池,不仅卷绕起来极片太长难以控制,且电池两侧空间无法得到充分利用,也会降低电池容量。

叠片锂电池适用范围较宽。不论是做成超薄电池还是超厚电池,叠片工艺都可以胜任。

卷绕电池在超薄超厚电池方面上毫无优势,但同时也要注意超薄电池暂时而言应用并不多,超厚电池可以通过两个较薄电池叠放并联来实现(不过要以降低一定容量为代价)。

从电池厚度控制方面看,卷绕锂电池由于电芯内部结构不均一,极耳处、隔膜收尾处、电芯的两边都是容易超厚的位置。叠片锂电池厚度便于控制。电芯内部结构一致,电池各个部位厚度也相应的一致,因此容易控制其厚度。

由于卷绕锂电池厚度难以控制,故设计的时候不得不在厚度方面多留出一些余量,从而降低了电池的设计容量。

从电池厚度变形方面看,卷绕锂电池由于内部结构不均一,充放电时电芯内部反应程度、速率不均。故对于较厚的卷绕电池而言,大倍率充放电后或者循环多次后,有变形的可能。

叠片锂电池不容易变形。内部结构统一,反应速率相。对一致,即使厚电芯也不容易变形。

从电池形状方面看,卷绕锂电池形状单一;只能做成长方体电池。叠片锂电池尺寸灵活。可以根据电池尺寸来设计每个极片尺寸,从而电池可以做成任意形状。

灵活的尺寸是叠片工艺的一个明显优势,但就现在市场而言,似乎对异型电池的需求量还不是很大。这也是卷绕电池不合适做到很大的厚度的一个原因。

从分切角度看,卷绕锂电池分切方便,合格率高。每个电芯只需要进行正负极各一次分切,难度小且产生不良品概率低。叠片锂电池分切繁琐,合格率低。每个电池有几十个小片,每个小片有四个切面,切片工艺又是易产生不良的冲切,因此对单个电池而言,产生极片断面、毛刺的概率大大增加。

虽然可以通过分切后的筛选来对叠片电池的小极片进行严格把关,但是动辄几十万个的小极片,全面把关的话成本会非常高。

从电池电池生产控制方面看,卷绕锂电池生产控制相对简单。一个电池两个极片,便于控制。叠片锂电池生产控制较繁琐。每个电池有几十个极片,检测、转运、统计等都是难点。

对于稍具规模的厂子而言,每天几万的产量就意味着每天百万个叠片极片!产量几十万的话甚至可能近千万的小极片!生产过程中的周转、监控的难度可想而知。

从操作工要求看,卷绕锂电池对操作工要求低。想熟练完成卷绕难,但是想合格完成卷绕并不难。知道流程并控制好极片对位后即可入门。

叠片锂电池对操作工要求高。叠片操作困难,且负极片对正极片的过长、过宽设计一般不会太大,所以需要操作人员有一定的操作基础。

从门槛看,卷绕锂电池入行门槛低。人工卷绕容易操作,资金不足时完全可以考虑人工操作,省去了购买大型自动设备的资金,降低了入门门槛。

叠片锂电池入行门槛高。自动化设备尚不成熟,人工操作叠片工艺繁琐造成人工成本上升,因而提高了叠片工艺电池的入行门槛。

总的来说,叠片工艺还需要技术继续成熟才能大规模应用。卷绕工艺由于性价比较高的原因,目前仍在大规模应用。

但显然,叠片工艺才是未来的主流方向!

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