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動(dòng)力鋰電池的電芯制作：疊片和卷繞的工藝區(qū)分
時(shí)間: 2018-12-07 15:46
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將電池極片進(jìn)行分條、烘干之后，下一步是制作電芯。電芯制作方式可以分為疊片式和卷繞式兩種。疊片式是將正負(fù)極極片、隔膜裁成規(guī)定尺寸的大小，隨后將正極極片、隔膜、負(fù)極極
將電池極片進(jìn)行分條、烘干之后，下一步是制作電芯。電芯制作方式可以分為疊片式和卷繞式兩種。疊片式是將正負(fù)極極片、隔膜裁成規(guī)定尺寸的大小，隨后將正極極片、隔膜、負(fù)極極片疊合成小電芯單體，然后將小電芯單體疊放并聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)大電芯，下圖所示。
1.圖一
卷繞式是將分條后的極片固定在卷針上隨著卷針轉(zhuǎn)動(dòng)將正極極片、負(fù)極極片以及隔膜卷成電芯的工藝方式，如圖2。在這里極片的大小、卷繞的圈數(shù)等參數(shù)根據(jù)電池設(shè)計(jì)容量來(lái)進(jìn)行確定。兩種方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，下面從電池電化學(xué)性能、安全性能、加工工藝三個(gè)角度來(lái)進(jìn)行比較。
2.圖二
1.正極片送料機(jī)構(gòu)2.隔膜放卷機(jī)構(gòu)3.負(fù)極片送料機(jī)構(gòu)4.軋壓輥5.卷繞機(jī)構(gòu)6.封貼及切斷機(jī)構(gòu)
一、電池電化學(xué)性能
1.電池內(nèi)阻不同
疊片式工藝生產(chǎn)的電芯具有較低內(nèi)阻，而卷繞式內(nèi)阻較高。因?yàn)榫砝@式的電芯通常是單一極耳，而疊片式的電芯可以看成是多極耳式的，大大降低了其內(nèi)阻。內(nèi)阻不同造成成品電池在充放電循環(huán)中產(chǎn)熱量的不同以及電池容量衰減快慢不同，很明顯疊片式的電池電池容量衰減更慢。
2.電池壽命不同
隨著充放電循環(huán)的持續(xù)進(jìn)行，電池內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生熱量繼而影響電池的溫度。對(duì)于疊片式電池來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部的溫度分布較為均勻，而卷繞式電池由于極片與隔膜之間只有單方向的熱傳遞方式，就導(dǎo)致溫度梯度分布現(xiàn)象比較嚴(yán)重，出現(xiàn)內(nèi)部高溫、外部低溫的現(xiàn)象。溫度分布不均勻?qū)е码姵卦诔浞烹娺^(guò)程中，高溫位置活物質(zhì)率先失活，不能進(jìn)行脫嵌鋰離子的功能，進(jìn)而影響到其它位置的快速衰減，影響電池的性能。
3.電芯內(nèi)部所受應(yīng)力不同
兩種制作方式導(dǎo)致電芯具有不同的力學(xué)特征。疊片式制電芯極片隔膜之間受力面積一致，無(wú)明顯應(yīng)力集中點(diǎn)，電池在使用過(guò)程中也不會(huì)出現(xiàn)某個(gè)部位急劇破壞。卷繞式電芯的邊緣處是應(yīng)力集中所在，根據(jù)筆者以往的電池拆解分析經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，極片彎折處更易出現(xiàn)微短路、電擊穿以及析鋰的現(xiàn)象。應(yīng)力集中點(diǎn)是電池失活的首要位置，這也導(dǎo)致卷繞式電池的循環(huán)壽命降低。
4.電池倍率性能不同
疊片式工藝相當(dāng)于多極片并聯(lián)起來(lái)，更容易在短時(shí)間內(nèi)完成大電流的放電，有利于電池的倍率性能。而卷繞式工藝則正好相反，單一極耳導(dǎo)致倍率性能略差。
5.電池容量密度不同
疊片式電池容量密度更高，這是因?yàn)槠鋬?nèi)部空間利用的較為充分。反觀卷繞式電池，電芯兩邊為圓形且卷繞最后兩層隔膜占據(jù)了一定厚度，故容量密度較低。
二、電池的安全性比較
兩者的安全性也有區(qū)別，主要還是從其內(nèi)阻、應(yīng)力、溫度分布等方面來(lái)進(jìn)行分析，溫度不均勻、內(nèi)阻高的卷繞式電池安全性更低。
三、加工工藝
1.極片制作復(fù)雜程度不同
卷繞式工藝更簡(jiǎn)單已操作，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化。目前市場(chǎng)上大多企業(yè)采用的是卷繞的形式。而疊片工藝則非常繁瑣，且極片分切合格率很低。對(duì)于卷繞式電芯來(lái)說(shuō)，只需要開(kāi)頭和結(jié)尾兩刀，而疊片式每個(gè)極片都要四刀，極片的質(zhì)量（斷面、毛刺等）很難保持高度一致性，這樣會(huì)影響電池的最終性能。
2.電芯制作復(fù)雜程度不同
卷繞式電芯操作比較簡(jiǎn)便，無(wú)論是半自動(dòng)或全自動(dòng)都可以快速完成。疊片式工藝復(fù)雜程度較高，人工操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，自動(dòng)化則由于設(shè)備問(wèn)題而難以產(chǎn)業(yè)化。
除此以外，在電芯的質(zhì)量控制方面，卷繞式更容易控制，而疊片式由于工藝步驟繁瑣，較難達(dá)到很好的一致性。
總之，還是需要根據(jù)自身的條件和電池要求來(lái)選擇合適的工藝，工藝變化之后極片分切和后面的焊接、組裝都需要進(jìn)行很大的變動(dòng)。
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