刀片电池叠片与卷绕的区别

刀片电池叠片与卷绕的区别

电化学性能方面

1、 内阻差异

通过叠片工艺制造的电池具有较低的内部电阻,而卷绕工艺制造的电池具有较高的内部电阻。因为卷绕工艺的电芯通常采用单极耳输出电流,而叠片工艺的电芯是多个极耳的并联焊接,这种方式极大的降低了充放电过程的锂离子迁移路径。更低的内阻使得电芯在使用中发热情况的改善,从而优化了电芯初始能量密度的衰减速率,因此叠片工艺的电池容量衰减更慢。

2、 循环寿命差异

随着电池正常使用的充放电过程的累积,电芯内产热后对电芯的工作温度有所影响。对于叠片工艺制造的电芯,内部结构均匀,也能够较为均匀的分布热量,包括散热能力也较好而卷绕工艺制造的电芯,内部结构与机械表现出现梯度性变化,极片与隔膜之间的散热方向不均匀,从而造成了温度梯度分布的情况,易于出现内圈散热慢、外圈散热快的现象。而集聚的高温也将影响电池活性物质的物相结构与电化学性能,长期使用造成锂离子脱嵌的阻力,也使得电池表现出快速容量衰减的现象,也就是电池循环周期偏短。

3、 电极片机械应力差异

两种电极片处理工艺导致电池具有不同的内部机械应力表现。叠片工艺制造的电极片之间的受力区域相同,没有明显的应力集中点,并且在充放电过程中不易出现极片材料层损坏的情况。卷绕工艺制造的电芯在弯折处产生应力集中。根据电池分析经验,卷绕的弯曲部位在电信号的刺激下更容易发生结构性破坏,以及造成短路和析出锂金属的情况。应力集中点是主要造成电池失效的初始位置,也导致卷绕工艺的电芯循环寿命偏短。

4、 电池倍率性能不同

叠片式工艺相当于多极片并联起来,更容易在短时间内完成大电流的放电,有利于电池的倍率性能。而卷绕式工艺则正好相反,单一极耳导致倍率性能略差。

5、能量密度设计差异

叠片工艺制造的电池能够支持更高的能量密度,主要是叠片处理方式能够更好的利用封装空间,增加有效材料的填充而卷绕工艺制造的电池,电极片弯曲的圆形结构,以及所使用的的双隔膜结构占据了一定空间,未能达到更高的空间利用率,进而造成较低的能量效果。

处理工艺方面

1、 电极片制造差异

相对于叠片的生产方式,卷绕生产的方式自动化程度及配套设备供应商都处于成熟阶段,并且当前电芯制造商多采用卷绕式的生产工艺。而叠片工艺的设备及配套环节稍显复杂,对极片的裁切合格率要求极为严格。一般而言,卷绕方式的裁切主要在电芯开始卷绕和终止卷绕的两个节点,而叠片方式的裁切需要长期精准的控制,每一个极片都要经历四刀的切割,并且对极片的断面、掉粉、毛刺等情况都需要控制,在极片一致性方面要求颇高。

2、 电池制造差异

卷绕工艺制造电池的操作相对简单,半自动设备和全自动设备均可高效完成电芯的组装与封装。叠片工艺制造电池较为复杂,需要较高比例的人工操作,并且由于设备产业链并不成熟,自动化生产难以规模化复制。

另外,在电池质量控制方面,卷绕工艺的类型更容易把控,叠片工艺制造则因为复杂的工艺环节难以获得良好的一致性。