導讀：在動力電池pack的技術路線討論中，到底選用圓柱、軟包還是方殼？爭議一致在持續。類似的技術路線爭議，也出現在電芯的制造可行性層面，對于鋰電池中段電芯的裝配工序，也有兩種技術在相互競爭：疊片工藝和卷繞工藝。
這兩者比的是：電芯的空間利用率、電芯的壽命、電芯制造效率和制造投資規模的大小等等。
一、疊片工藝和卷繞工藝的區別
兩種工藝的不同：
●卷繞工藝
通過控制極片的速度、 張力、尺寸、偏差等要素，將相匹配的極片、隔膜和膠帶等分條后按尺寸卷成極芯。
●疊片
將極片與隔膜交替堆疊在一起，最終完成多層疊片極芯的一種生產工藝。
如上圖所示，從電池形態來看，軟包和刀片電池都是圍繞疊片工藝來設計、生產的；而方形電池，既可以使用疊片工藝，也能夠采用卷繞工藝。
目前中國電池企業的主要技術方向，還是以圍繞卷繞為主；圓柱電池作為一種成熟的產品形態，一直采用的是卷繞工藝。但長期來看，隨著疊片技術的進步，大量的電池企業開始從原有的卷繞工藝進入到疊片時代。
二、疊片技術的優勢
從最終的電池成品看，用疊片工藝制成的電池產品，相比卷繞工藝的成品，能量密度更高、內部結構更穩定、安全性更高、壽命更長。
● 能量密度更高
采用卷繞工藝的電芯，由于在卷繞拐角部有弧度，空間利用率低一些；而疊片工藝 能夠充分地利用電池空間。因此，在相同體積的電芯設計下，能量密度也相應提高。
● 結構更穩定
電池在使用過程中，由于鋰離子的嵌入，會使得正負極片均會有膨脹。
卷繞的電芯，因為在卷繞拐角處內外層的內應力不一致，電芯會發生波浪狀變形，進而導致電池的界面變差，電流分布不均，電池內部結構會變得越來越不穩定，而且這個過程還會加速。
但疊片工藝的電池，在的循環往復使用中，雖然也會膨脹，但總體來說，每層膨脹力相近，因此可保持界面平整。
● 安全性更高
極片的膨脹和收縮、隔膜拉伸等都會導致電芯變形，確保電芯的形變最小，也是電池安全性的保證。
在卷繞工藝過程中，兩端極片折彎，涂層材料會發生較大彎曲變形；同時，折彎處容易發生掉粉、毛刺等問題；極片和隔膜受到拉力，容易產生褶皺，出現不均勻的問題。疊片電池則由于受力均勻，形變小，電芯的安全性更高。
● 更長的循環壽命
循環壽命是電池的關鍵性能之一。
疊片電池的極耳數量較多，電子傳輸距離越短，電阻越小，故疊片電池的內阻能夠降低，電池產熱小。而卷繞則容易發生變形、膨脹等問題，影響電池衰減性能。
三、疊片工藝的劣勢
疊片工藝也存在自己的問題：生產效率低、設備投資額較高、良率低等缺點。
● 設備效率低
一般動力電池卷繞的效率為 12PPM，方形卷繞機在極片長度 6000mm 時，效率可達到這個效率；但傳統 Z 字疊片效率僅有 4PPM，效率相差了三倍。
另外，疊片設備占地面積比卷繞機大，這使得效率進一步降低。
● 設備投資額高
從單條產線來看，需要的卷繞機數量與每片電芯的長度有關，一般一條產線需要10臺卷繞機，需要投資繞3000萬元左右；
采用疊片工藝，一條產線需要的疊片機數量與電池片數有關，一條產線的需要投資疊片裝備為 6000 萬元，甚至更多。
● 良率低
卷繞電池分切方便，合格率高，每個電芯只需要進行正負極一次分切，難度小；而疊片分切繁瑣，每個電池有幾十個小片，容易產生不良品，故疊片的單個電池容易發生斷面等問題。
這里說一下很火的刀片電芯，這種形態天生更適合疊片，這是因為：
刀片電芯長度為 960mm、高度 90 mm，采用疊片工藝生產刀片電池，對齊度可以控制在0.3mm 內，疊片效率為 0.3s/pcs。比如蜂巢能源近期推出的短刀電池，產品全域短刀化，涵蓋從 L300-L600 的全尺寸短刀電池產品，疊片效率為0.125s/pcs。
四、如何選擇技術路線？
圓柱、方殼、軟包的發展方向，還是不同的企業根據自身的情況進行不同的選擇，各自有利弊。
● 從目前的技術場景來看
◎ 圓柱：由于4680電芯的標準化，采用卷繞工藝，單個電芯的制造速度在提高，使用場景也在拓寬
◎ 軟包：往短刀和長刀過渡，使用疊片是具有更大優勢的
◎ 方殼：保持現有的尺寸，可以繼續用卷繞的工藝，但發展成方殼疊片過渡尺寸，成為短刀和長刀后，會自然地采用疊片工藝
● 從制造效率和成品率來看
◎ 潛力最大是卷繞的大圓柱電池，這是因為 圍繞成熟工藝開始導入的干電極的工藝，我們有很大的想象空間，更有特斯拉和寶馬在大力推動。
◎ 發展最快是疊片：隨著比亞迪、億緯鋰能、蜂巢能源和中航鋰電的加入，中國的電池企業都朝著超級疊片+刀片電池方案開始設計，在海外有三星SDI、LG化學、SK甚至松下等有諸多企業在嘗試，這塊的技術發展有很大的想像空間。
◎ 目前發展路線更平穩的還是卷繞：方殼卷繞已經成為成熟工藝，我們也看到了在原有的產能建設方面，這條路線的走勢也是最強的。
小結：電池企業圍繞工藝的選擇要做取舍，但是走勢越來越清晰，隨著技術創新的發展，動力電池TWh大規模制造時代是每個電池企業不可回避的點，誰能做好這點，就能在動力電池成為大規模標準化產品的階段，找到自己的立足根本。
參考文件：
1）https://libattery.ofweek.com/2021-02/ART-36008-11000-30484268.html
2）https://caifuhao.eastmoney.com/news/20220519084250869232720
來源：汽車電子設計 作者：朱玉龍
