叠片工艺的优缺点

锂离子电池根据封装方式和外形可分类为软包、方形和圆柱电池；从电池形态来看，软包电池大多采用叠片工艺；方形电池既可以使用叠片工艺，也能够采用卷绕工艺，目前主流为卷绕工艺；圆柱电池只能采用卷绕工艺，虽然卷绕工艺发展时间相对更长，工艺成熟、成本低、良率高，但目前叠片工艺以体积利用率高、结构稳定、内阻小、循环寿命长等优势特点成为了新的关注点。

一.什么是卷绕与叠片？

卷绕工艺是固定卷针将分条后的正负极和隔膜按一定顺序卷绕，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。

叠片工艺是通过送片机构将正负极片和隔离膜交错堆叠，形成叠芯，可以制备规则形状或异形锂电池，灵活度更高。

二.叠片优点

1.能量密度高

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。

2.受力均匀

卷绕工艺制造的电芯由于极片被卷绕成椭圆柱形，会产生所谓的“C角”区域，即极片边缘的弯曲部分。“C角”极片内外层应力不一致，不同位置膨胀收缩不同，极片则在弯折处容易产生应力集中，即存在变形风险和析锂风险，从而影响电池的循环寿命。而叠片工艺中正负极片和隔膜以平面形式堆叠，结构中则不存在“C角”，每层之间通过隔膜分离，电极片之间受力区域相同，无明显应力集中点，从而实现了更为均匀的应力分布，充放电过程极片材料层不易损坏，循环性能更好。

3.内阻小

叠片结构具有多层极片，采用多个极耳并联焊接，每层极片均引出一个极耳，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；相比之下卷绕结构正负极片通常一层只有一个极耳，电子传输路径更长，内阻大、倍率差、温升高。为了降低卷绕结构的内阻，可以采用极耳中置或多极耳卷绕技术，但对设备能力和质量控制提出了更高的要求。

4.厚度适应性更强

叠片电池不论是做成超薄电池还是超厚电池，可以通过片电池都可以胜任；而卷绕使用范围较窄，对于超厚电池，卷绕起来极片太长难以控制，容易变形，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，大倍率充放电或者循环多次后，有变形的可能，且电池两侧空间无注得到充分利用，也会降低电池容量。

三.叠片缺点

1. 毛刺问题

叠片电池需要对极片进行多次裁剪，形成的断面面数比卷绕结构更多，毛刺风险增加。目前，叠片结构的极片裁切主要采用模具冲切和激光切割两种方式。模具冲切是采用五金刀切断极片，冲切效率高，且技术成熟，是目前主流的叠片结构极片裁切方式，但这种物理裁切方式会导致刀口磨损，需要定期更换刀具，维护成本高。而激光切割不存在更换刀具问题，切换型号时也只需修改软件尺寸参数即可，灵活度高，但激光切割会产生大量粉尘，且存在热效应问题，技术瓶颈尚待突破。而卷绕的分切方便，每个电芯只需进行一次正负极的分切，难度系数小产生的粉尘和毛刺较少，所以卷绕发生内部短路的风险概率低。

2.设备要求高

叠片工艺使用的叠片机则更为复杂。叠片机需要精确地放置每层极片和隔膜，并确保它们对齐准确。这不仅要求设备具有高精度的定位能力，以确保叠片过程的精确性和重复性。相比之下卷绕工艺使用的卷绕机是一种专门设计用于卷绕电极结构的设备。它通过精密的控制极片的送进速度和张力，实现极片的连续卷绕。卷绕机的操作相对简单，但需要精确控制以保证电池的一致性和质量。

3.成本效益分析

尽管叠片工艺在设备和操作上的初始投资较大，但其在电池性能上的优势，如更高的能量密度和更长的循环寿命，有望在长期运营中带来更好的经济效益。特别是在对电池性能要求较高的应用中，叠片工艺的优势可能会更加明显。卷绕工艺在成本控制方面具有明显优势。由于工艺成熟、设备成本较低，加上可以实现高效率的大规模生产，卷绕工艺在成本效益上非常具有竞争力。

小结：总之，叠片工艺的技术优势主要体现在其高空间利用率和良好的结构稳定性，提高能量密度。此外，叠片工艺还能够减少电池在充放电过程中的内部应力，从而延长电池的循环寿命。然而，叠片工艺也面临着生产效率、生产工艺和成本的挑战。卷绕工艺的主要优势在于其高生产效率和较低的生产成本，这使得它非常适合大规模生产。然而，卷绕工艺也面临着一些挑战，比如卷绕过程中可能产生的“C角”问题，这可能会导致电池内部应力不均，影响电池的性能和寿命。