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近年电池质量更好的秘密?工艺从“卷”到“叠”了

国内新能源汽车销量保持高速发展,今年1-8月共销售了537.4万辆,而且市场渗透率已连续4个月超过30%。 所以你第一个想到的是什么?电池产能怎么提升。 除了产能外,有没有觉得现在…

国内新能源汽车销量保持高速发展,今年1-8月共销售了537.4万辆,而且市场渗透率已连续4个月超过30%。

所以你第一个想到的是什么?电池产能怎么提升。

近年电池质量更好的秘密?工艺从“卷”到“叠”了

除了产能外,有没有觉得现在的电池比以前充放电更好,质量也更稳定,而且充放电次数更多寿命更长了?

近年电池质量更好的秘密?工艺从“卷”到“叠”了
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宁德时代麒麟电池

动力电池科技在快速迭代着,我们发现LFP磷酸铁锂电池密度已经做到200kW/kg,而NCM三元锂已经达到255kW/kg。

以上这些进步,除了电池材料科技的贡献外,还与近年一项电池工艺革命有关。

近年电池质量更好的秘密?工艺从“卷”到“叠”了
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动力电池主要由正极极片、隔膜、负极极片等组成,它们一种薄片的形状存在。制作电池需要把这些薄片封装在一起,而目前采用两种制作工艺,分别卷绕工艺和叠片工艺。

技术成熟,被广泛应用的是卷绕工艺,通过固定卷针的卷绕,将原材料按负极、隔膜、正极、隔膜的顺序叠在一起,通过卷绕法直接卷成圆柱形或椭圆柱形,就像我们小时候吃的山楂卷一样。

最后卷在一起的电芯,会放在圆柱状或者方壳中,成为我们常见的动力电池电芯。

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卷绕工艺的好处有制造工艺简单,成本低,而且机器卷起来的速度非常快,所以制造效率也高。但在应用中发现,采用卷绕工艺的动力电池慢慢跟不上发展了。

最大的问题是你卷成一团,再放进方形金属壳体中,这样太浪费空间了。最终导致电池密度提升不上去。

而且还有其它问题,卷在一起的电极和隔膜,外层和里面层的受力是不一样的,散热情况也会不一样。最终会影响的电池安全、稳定性和寿命。

近年电池质量更好的秘密?工艺从“卷”到“叠”了

所以近两年动力电池能量密度提升还更耐用的秘密?不是“卷”而是在于“叠”。

这就是叠片工艺。

与“卷”在一起的卷绕工艺不同,电池制造中的叠片工艺是依照顺序将正极合剂层、隔膜、负极合剂层贴合,组成一个“三明治”结构后,再将多个“三明治”结构层并联叠合。

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并联叠在一起后,再封装进方形的电池壳体中,肯定是最省空间的做法。就像你往抽屉里放毛巾,毛巾叠在一起肯定比卷在一起放进更多。

而且现在电池越来越流行的长薄化,叠片工艺就更容易生产出大容量电芯。

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比亚迪刀片电池

例如比亚迪的“刀片”电池就是典型的长薄化,所以采用了叠片工艺,相较卷绕工艺实现了更高的能量密度。叠片工艺也让磷酸铁锂的刀片电池在能量密度上能接近了主流三元锂电池。

而且叠片工艺制造的电池质量还更好,更耐用。

但好东西为什么不一早使用?因为叠片工艺一直以来有一个缺点——就是生产效率不如卷绕工艺高。

就像你把一堆毛巾叠起来,总没有卷起来快。

叠片过程中可能面临的隔膜褶皱,极片掉粉、错位等技术难题。而且工艺不过关,还会导致成品率降低。速度不如卷的快,生产难度还更高,成本也就更高了。

但随着新一代的叠片设备亮相,生产效率已经越来越接近传统卷绕工艺。

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例如蜂巢能源在2022年发布的第三代高速叠片3.0技术——蜂巢能源把它称为“飞叠”。“飞叠”首先通过两层隔膜包覆负极片飞叠技术经过加热辊进行热复合及隔膜封边,再裁切成片,最后和正极片依次堆叠。

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飞叠能实现了0.125秒/片的叠片速度,实现了效率与卷绕工艺的持平。此外飞叠设备集成叠片和热压功能,能减少设备占地面积和降低成本。

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目前行业内最先进的是长薄短刀电芯+叠片工艺,包括中创新航、国轩高科、亿纬锂能、远景动力、瑞浦兰钧等主流动力电池企业都在推出相应产品。

叠片工艺除了能提高电池能量密度外,还有更稳定内部结构、更长循环寿命、更安全等特点。

近两年动力电池质量和密度的提升,都与这一项电池工艺革命有关。

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