目前制約純電動汽車發(fā)展的是續(xù)航里程以及補(bǔ)充能源的效率，而限制這兩點(diǎn)最為核心的部件就是動力電池技術(shù)。目前業(yè)界主流的動力電池電芯按照制作工藝劃分，可以分為卷繞工藝和疊片工藝。制作工藝的不同將直接影響到電池的核心指標(biāo)從而影響純電動汽車的部分性能特性。

作為鋰電池制造的重要環(huán)節(jié)，疊片與卷繞工藝備受學(xué)術(shù)界和商業(yè)界的廣泛關(guān)注。將正負(fù)極極片進(jìn)行涂布、烘干、分條、分切后，將進(jìn)行電極片的組裝過程，未封裝的電芯可以分為疊片式和卷繞式處理工藝。

▲ 卷繞工藝與疊片工藝電芯對比示意圖

疊片工藝是將涂覆后的正負(fù)合劑層分割成初定尺寸，隨后依照順序?qū)⒄龢O合劑層、隔膜、負(fù)極合劑層貼合，后將多個“三明治”結(jié)構(gòu)層并聯(lián)疊合，形成可以封裝的電極片芯。墊片工藝的連續(xù)性靠的是隔膜的“Z”字形彎折，把正負(fù)極連續(xù)疊合到隔膜上，隔膜“Z”字形穿行其間，隔開兩極，最后包上外殼包裝。

一．疊片工藝的優(yōu)劣勢總結(jié)

//優(yōu)勢

I. 容量密度高：鋰電池內(nèi)部空間利用充分，因而與卷繞工藝相比，體積比容量更高；

II. 能量密度高：放電平臺和體積比容量都高于卷繞工藝鋰電池，所以能量密度也相應(yīng)較高；

III. 尺寸靈活：可根據(jù)鋰電池尺寸來設(shè)計(jì)每個極片尺寸，從而鋰電池可以做成任意形狀。

//劣勢

I. 容易虛焊：所有極片都要點(diǎn)焊到一個焊點(diǎn)，難以操作且容易虛焊；

II. 設(shè)備效率慢：目前國內(nèi)疊片機(jī)效率多在0.8s/片的速率，進(jìn)口疊片機(jī)0.17s/片的效率差距較大。

卷繞工藝是通過固定卷針的卷繞，將前期處理好的正極極片、隔膜、負(fù)極極片按照順序卷繞擠壓成型。具體工藝是將原材料按負(fù)極、隔膜、正極、隔膜的順序疊在一起，通過卷繞法直接卷成圓柱形或橢圓柱形，再放在方殼或圓柱的金屬外殼中。

二．卷繞工藝的優(yōu)劣勢總結(jié)

//優(yōu)勢

I. 內(nèi)阻較高：通常情況下正負(fù)極都只有單一極耳；

II. 電焊容易：每個鋰電池只需要電焊兩處，容易控制；

III. 生產(chǎn)控制相對簡單：一個鋰電池兩個極片，便于控制。

//劣勢

I. 形狀單一：只能做成長方體鋰電池；

II. 散熱效果差：電芯之間熱隔離措施不好做，容易導(dǎo)致局部過熱，從而造成熱失控蔓延。

主要從電芯的電學(xué)性能和加工處理工藝兩方面進(jìn)行說明：

//電化學(xué)性能

1. 內(nèi)阻差異

通過疊片工藝制造的電池具有較低的內(nèi)部電阻，而卷繞工藝制造的電池具有較高的內(nèi)部電阻。因?yàn)榫砝@工藝的電芯通常采用單極耳輸出電流，而疊片工藝的電芯是多個極耳的并聯(lián)焊接，這種方式極大的降低了充放電過程的鋰離子遷移路徑。更低的內(nèi)阻使得電芯在使用中發(fā)熱情況的改善，從而優(yōu)化了電芯初始能量密度的衰減速率，因此疊片工藝的電池容量衰減更慢。

2. 循環(huán)壽命差異

隨著電池正常使用的充放電過程的累積，電芯內(nèi)產(chǎn)熱后對電芯的工作溫度有所影響。對于疊片工藝制造的電芯，內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，也能夠較為均勻的分布熱量，包括散熱能力也較好；而卷繞工藝制造的電芯，內(nèi)部結(jié)構(gòu)與機(jī)械表現(xiàn)出現(xiàn)梯度性變化，極片與隔膜之間的散熱方向不均勻，從而造成了溫度梯度分布的情況，易于出現(xiàn)內(nèi)圈散熱慢、外圈散熱快的現(xiàn)象。而集聚的高溫也將影響電池活性物質(zhì)的物相結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能，長期使用造成鋰離子脫嵌的阻力，也使得電池表現(xiàn)出快速容量衰減的現(xiàn)象，也就是電池循環(huán)周期偏短。

3. 電極片機(jī)械應(yīng)力差異

兩種電極片處理工藝導(dǎo)致電池具有不同的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力表現(xiàn)。疊片工藝制造的電極片之間的受力區(qū)域相同，沒有明顯的應(yīng)力集中點(diǎn)，并且在充放電過程中不易出現(xiàn)極片材料層損壞的情況。卷繞工藝制造的電芯在彎折處產(chǎn)生應(yīng)力集中。根據(jù)電池分析經(jīng)驗(yàn)，卷繞的彎曲部位在電信號的刺激下更容易發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，以及造成短路和析出鋰金屬的情況。應(yīng)力集中點(diǎn)是主要造成電池失效的初始位置，也導(dǎo)致卷繞工藝的電芯循環(huán)壽命偏短。

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，更容易在短時間內(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.能量密度設(shè)計(jì)差異

疊片工藝制造的電池能夠支持更高的能量密度，主要是疊片處理方式能夠更好的利用封裝空間，增加有效材料的填充；而卷繞工藝制造的電池，電極片彎曲的圓形結(jié)構(gòu)，以及所使用的的雙隔膜結(jié)構(gòu)占據(jù)了一定空間，未能達(dá)到更高的空間利用率，進(jìn)而造成較低的能量效果。

//處理工藝

1. 電極片制造差異

相對于疊片的生產(chǎn)方式，卷繞生產(chǎn)的方式自動化程度及配套設(shè)備供應(yīng)商都處于成熟階段，并且當(dāng)前電芯制造商多采用卷繞式的生產(chǎn)工藝。而疊片工藝的設(shè)備及配套環(huán)節(jié)稍顯復(fù)雜，對極片的裁切合格率要求極為嚴(yán)格。一般而言，卷繞方式的裁切主要在電芯開始卷繞和終止卷繞的兩個節(jié)點(diǎn)，而疊片方式的裁切需要長期精準(zhǔn)的控制，每一個極片都要經(jīng)歷四刀的切割，并且對極片的斷面、掉粉、毛刺等情況都需要控制，在極片一致性方面要求頗高。

2. 電池制造差異

卷繞工藝制造電池的操作相對簡單，半自動設(shè)備和全自動設(shè)備均可高效完成電芯的組裝與封裝。疊片工藝制造電池較為復(fù)雜，需要較高比例的人工操作，并且由于設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈并不成熟，自動化生產(chǎn)難以規(guī)?；瘡?fù)制。

另外，在電池質(zhì)量控制方面，卷繞工藝的類型更容易把控，疊片工藝制造則因?yàn)閺?fù)雜的工藝環(huán)節(jié)難以獲得良好的一致性。

總體來講，電池制造商需要根據(jù)電池質(zhì)量要求和成本控制等多方面進(jìn)行生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)，電極片處理工藝優(yōu)化前后，關(guān)于極片裁切以及極片的焊接、組裝環(huán)節(jié)都都會有很大的改變。