新能源锂电池电芯叠片技术分析

叠片与卷绕的工艺差别：主要在模切和极组成型

模切工序主要差异：

1）模切方式，传统卷绕采用双边五金或者激光模切方式，模切完成后分切收卷，以卷料形式流向极组成型工序，叠片则大多采用单边五金或者激光模切方式，模切后以片状物料流向极组成型工序。

2）极耳间距，卷绕的模切极耳间距不等，内圈间距小，外圈间距大，极耳的间距依据卷绕每圈的周长差进行设计，这样可以保证卷绕后的极组极耳落在同一位置，叠片的极耳则是等间距的。

3）冲切位置，卷绕会根据电芯要求在片长位置设置 Mark 定位孔，卷绕时检测到 Mark 孔时会进行切断，而叠片极耳间距相同，会进行等间距切断。

极组成型工序主要差异：

1）极片状态，卷绕的正负极片连续，叠片的正负极片是片状物料。

2）极组完成判定，卷绕检测到 Mark 孔时进行裁断，完成极组卷绕，叠片则按照正负极片的设定数量进行叠片，达到设定值时完成一个电池的叠片。

3）极组形态，在层数相同条件下，叠片电池的极耳数较卷绕电池多一倍。

4）隔膜张力控制，卷绕在高速卷绕过程中隔膜会产生一定的张力，孔隙率会发生微小的变化，而叠片在极组成型时张力几乎为零，孔隙率和原材料保持一致。

目前市场上主流叠片机设备路线主要有四种，分别为 Z 字型叠片机、切叠一体机、热复合叠片机和卷绕一体机。其中，Z 字型叠片机和切叠一体机本质上都属于 Z 型叠片，目前在国内应用最广泛。热复合叠片机是将烘烤后的正负极片与隔膜热复合，随后经辊压，裁切成复合单元再进行叠片，相较于 Z 字型叠片多热复合和辊压等工序，技术难度更高。卷叠一体机是指将正负极片裁切成单元，分别贴在隔膜上，然后用卷绕的方式，实现两组正负极片相间叠放；卷叠一体机设计牵扯到国外日韩专利，例如 LG 新能源使用的是德国MANZ 制造的卷叠一体机锂电设备。

叠片电池的优势：显著提升电池能量密度和安全性

和卷绕电池相比，叠片电池具有一定优势：

1）更高的体积能量密度上限：在相同体积的电芯设计情况下，叠片电芯的能量密度高出约 5%左右

2）更稳定的内部结构和更高的安全性：不存在拐角内应力不均匀问题，每层膨胀力接近，因此可以保持界面平整，内部结构更稳定，同时拐角处受力均匀，断裂风险降低

3）更长的循环寿命：极耳数量是卷绕电池的 2 倍，内阻相应降低 10%以上，循环寿命比卷绕高 10%左右

4）更适合做高倍率、大尺寸和异型电池。但叠片也存在生产效率较低、良率较低、设备投资大、工艺难度大等劣势，是此前制约大批量生产的主要因素。

叠片电池的劣势：在于效率和工艺控制等方面

叠片工艺能更好提升电池性能，但是存在生产效率低、设备投资大等问题。和卷绕电池相比，叠片电池在理论上具有更高的体积能量密度上限、更稳定的内部结构和更长的循环寿命等优点，同时更适合生产高倍率电池、大尺寸电池和异型电池，但也存在生产效率较低、良率较低、设备投资大、工艺难度大等缺点。

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新能源锂电池电芯叠片技术分析

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