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眾所周知,動(dòng)力電池的技術(shù)路線紛繁復(fù)雜。除了正極材料的區(qū)分外,按電芯的封裝方式可分為圓柱、方形、軟包三種;制成工藝上又可分為卷繞和疊片兩種,其中圓柱以卷繞為主,方形和軟包雖然都適用卷繞和疊片,但目前方形仍以卷繞為主。
從出貨量上看,卷繞是“貨真價(jià)實(shí)”的主流。
卷繞通過固定卷針的卷繞,將正極極片、隔膜、負(fù)極極片按照順序卷繞積壓成圓柱形、橢圓形或方形,再放入方形或圓柱的金屬外殼中。該工藝起步于上世紀(jì)90年代,經(jīng)過近30年的發(fā)展,已經(jīng)形成更為成熟的技術(shù)體系,在電芯一致性和成本控制方面都有較大優(yōu)勢。
疊片則是將正負(fù)極極片按一定尺寸裁切,然后將正負(fù)極片、隔膜交替疊合成電芯。相較于卷繞,疊片需要將極片與隔膜裁切成片,不僅工序上更為繁瑣,且裁切過程中容易出現(xiàn)斷面、毛刺等問題,影響極片分切的良率;單位面積內(nèi)的疊片效率低于卷繞,故需要多工位疊片,設(shè)備資金投入更多。
但從電芯性能上看,疊片制成的電芯更為出色,而卷繞有著難以逾越的“鴻溝”。
一方面,正負(fù)極片和隔膜被卷繞制成電芯后,其兩側(cè)邊緣位置的電極存在較大曲率,在充放電過程中容易發(fā)生變形和扭曲,從而導(dǎo)致電芯性能下降甚至構(gòu)成安全隱患;另一方面,由于放電過程中兩側(cè)電流分布不均,卷繞電芯的電壓極化較大,導(dǎo)致其放電電壓不穩(wěn)。
與卷繞不同,疊片工藝的原理決定了電芯的正負(fù)極片和隔膜不會在制造過程中發(fā)生彎曲,能夠充分展開堆疊在一起。這不僅能減少電芯內(nèi)阻、提升電芯功率,更重要的是,平整穩(wěn)定的界面讓極片能夠同步收縮膨脹,讓變形和電場變得均勻,使得電芯內(nèi)部電子移動(dòng)更容易,從而實(shí)現(xiàn)更快的充放電速度。
因此,在相同體積下,疊片電芯的能量密度較卷繞要多約5%,并且具備更長的循環(huán)壽命。
除了性能外,疊片電芯的安全性也更好。卷繞電芯主要是沿卷軸方向散熱,加上卷繞層數(shù)較多,其傳熱散熱的效果都不理想;疊片電芯憑借較少的極片堆疊層數(shù)和更大的表面積,傳熱散熱效果明顯,電芯熱穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。
總結(jié)來看,疊片工藝在能量密度、安全性、充放電效率方面要優(yōu)于卷繞工藝。
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