鋰電池電芯定制選疊片工藝還是卷繞工藝好?
近年來(lái)鋰電池市場(chǎng)需求大增,不論是電動(dòng)汽車(chē)、智能穿戴、3C數(shù)碼等領(lǐng)域的發(fā)展都已經(jīng)離不開(kāi)鋰電池,而鋰電池電芯定制已經(jīng)是越來(lái)越多產(chǎn)品商的需求了,然而鋰電池的電芯定制并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的工作,做好這個(gè)工作需要我們具備一定的電池知識(shí),大家知道目前鋰電池生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)電芯的工藝主要有兩種,分別是疊片工藝和卷繞工藝,那作為鋰電池電芯定制需求方在定制鋰電池電芯是應(yīng)該選擇疊片工藝好還是卷繞工藝好呢?
什么是疊片式電芯生產(chǎn)工藝
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,如圖1所示。
什么是卷繞式電芯生產(chǎn)工藝
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。
疊片式電芯生產(chǎn)工藝和卷繞式電芯生產(chǎn)工藝兩種方式各有其優(yōu)缺點(diǎn),下面我們從電池電化學(xué)性能、安全性能 、加工工藝三個(gè)角度來(lái)進(jìn)行比較。
一、電池電化學(xué)性能對(duì)比
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。疊片工藝雖然非常繁瑣,但隨著生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)工藝的不斷改進(jìn),也被很多企業(yè)采用,目前市場(chǎng)上電池企業(yè)電芯生產(chǎn)主要采用的是卷繞工藝和疊片工藝。
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,但隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展,疊片式電芯也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化生產(chǎn)。
除此以外,在電芯的質(zhì)量控制方面,卷繞式更容易控制,而疊片式雖然工藝步驟繁瑣,現(xiàn)在也能達(dá)到很好的一致性。
總之,鋰電池電芯定制還是需要根據(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)行相關(guān)的變動(dòng)。
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