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【原创】叠片设备技术流派之争
叠片设备| 软包动力电池 文章来源自:高工锂电网
2020-01-06 11:56:18 阅读:24800
摘要“主流”叠片设备集中度和成熟度不够,在研发时未能精准解决叠片工艺的电芯良率、优率、设备稳定性、稼动率等问题。

去年软包动力电池市场形势一片大好,今年却有点萎靡不振,依旧遭受方形电池的强势碾压。

高工产研锂电研究所(GGII)数据显示,2019年1-10月我国软包电池装机量约3.99GWh,同比下降10%,仅占总装机量8.6%(去年占总装机量13.4%)。方形电池,装机量约39.12GWh,同比增长49%,占总装机量84.35%。

背后原因很多,其中之一就是“主流”叠片设备集中度和成熟度不够,在研发时未能精准解决叠片工艺的电芯良率、优率、设备稳定性、稼动率等问题。

不过叠片工艺制造的电芯拥有能量密度高、内阻小、放电平台好、便于大电流快充快放、没有死角等优势。再加上,在一切以安全为主的电池时代,品质是第一位重要。叠片设备依然前景远大。

高工锂电获悉,目前市面上应用的叠片机主要分四类:Z字型叠片机、切叠一体机、热复合一体机、卷叠一体机。

Z字型叠片机和切叠一体机本质上都是Z字型叠,生产厂家有先导智能、赢合科技、超业精密、中天和自动化等。应用端电池客户有CATL、BYD、孚能科技、万向123、卡耐新能源、桑顿新能源等。

Z字型叠片机主要工序是隔膜主动放卷,经过度辊,张力机构引入主叠片台。主叠片台带动隔膜前后往复运动,呈Z字型折叠并放置裁切好的正负极片。叠放至设定片数后,停止叠片,完成隔膜裁切,贴胶。

切叠一体机,是将极片模切/激光切和Z字型叠片机、贴胶热压机整合到一起。相当于正负极卷和隔膜同时收放,经过渡棍和张力纠偏棍。然后正负极片冲切/激光切出极耳和极片,随后跟隔膜一起,在主叠片台或摆杆作用下,呈Z字型折叠。当叠放至设定片数后,隔膜裁切贴胶,再热压成电芯。

图  Z字型叠片

热复合叠片一体机是近几年随电池工艺变更,新研发的机型。生产厂家有格林晟、吉阳智能,应用客户涉及有万向一二三、中航锂电、天津捷威等。

主要工序是带极耳的极片卷与隔膜料卷同时收放,经过张力纠偏后,进行热复合。在热复合前,正负极片先裁切成单元,放置在上下双层隔膜上。随后经烘箱,在设定好的温度下烘烤。

请注意,热复合一体机的隔膜为涂胶隔膜,受热有粘性。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。然后有机械手将其转移至叠片台进行叠片。叠完后热压,再进行贴胶。

图:热复合叠片

卷叠一体机的设计牵扯国外日韩专利,主要是国外。例如LG化学用的是德国MANZ(曼兹)制造的卷叠一体机锂电设备。

一般是先将正负极片裁切成单元,并通过对转台与升降吸盘的设置,分别贴在隔膜上。然后用卷绕的方式,包括正负极片分别包裹起来,实现两组正负极片相间叠放。

业内人士反馈,Z字型叠片机正逐渐被切叠一体机取代。切叠一体机主要指标毛刺≤15um,对齐度≤±0.5mm,稼动率(80%)、效率(1.02s/片)、价位在400-500万之间。难点是容易出现吸多片,隔膜张力不均,拉伤,起皱等。

热复合叠片一体机则比Z字型叠片多热复合和辊压等工序,相对而言,技术难度更高,后期注液等工序难度更大。

至于叠片机未来发展主流,不同的角度给出看法不同。

超业精密的高级工程师认为,由于热复合电芯工艺还不太成熟,热复合叠片一体机设备依旧受各种制约。未来发展主流会是切叠一体机,原因是效率高,已经被国内头部软包动力电池企业使用,且效果良好。

同时还举自身企业的切叠一体机,效率可做到0.6—0.8s/片。未来效率会更高,成本会进一步降低,适用于那些不将极耳模切集成,会做尾卷的电池厂。

孚能科技的设备工程师表示卷叠一体机,不切断隔膜,只切断极片,然后通过卷隔膜叠片,速度和效率是目前最高的。不过由于专利和存在边缘曲率,有死角。在国外应用比较多,国内主流还是切叠一体机和Z字型叠片机。

吉阳的市场人员表示,热复合叠片一体机同时集成制片、叠片、热压一体,高效节能省空间。更适用于极片尺寸长的,制作像590型号以上的高能量密度大电芯,顺应电芯越做越大和能密度越来越高的趋势。

万向123的产品人员表示,未来哪种叠片设备是主流,主要还是性价比。就当下而言,切叠一体机和Z字型叠片机的技术难题是应对大尺寸电芯。在摆杆或叠片台叠片时,大尺寸的隔膜或正负极片,被拉扯时,容易受力不均起皱,品质方面会有受影响。

另外软包电池的PACK趋势是高成组效率。那势必要减少电芯层级,自然电芯尺寸要大,能量密度要高。同时有一大部分软包电池企业选择明后年扩产590型号电芯,也从侧面验证出热复合一体机,可能更占优势一点。

总的来说,最后胜出的主流叠片设备,一定是顺应“降本增效”、高能量密度、高安全性等趋势,拥有性价比高等综合优势。

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