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目前，中国电池公司的主要技术方向仍然主要围绕绕组；圆柱形电池，如18650电池，作为一种成熟的产品形式，一直采用卷绕工艺。但从长远来看，随着堆叠电池技术的进步，世界上大量的动力电池公司已经开始从最初的卷绕工艺进入堆叠电池技术时代。

本文主要介绍了堆叠电池的工艺过程，并与卷绕电池的优缺点进行了比较。

 

堆叠电池是什么

堆叠电池是指使用层压工艺的动力电池。这种类型的动力电池通常分为三种形式：方形电池、软包电池和圆柱形电池。它有两个过程，层压就是其中之一。

1991年5月，索尼的研发团队推出了世界上第一款商用手机锂离子电池。这一成功极大地激发了全世界对锂离子电池研发的热情。一时间，锂离子电池成为人们心目中最有前途的化学电池，甚至被认为是“最后一代电池”。1996年后，ENAX在日本成立，该公司开发了堆叠电池技术（Laminate）。

堆叠电池工艺是指将涂覆的阴极和阳极混合物层划分成预定尺寸。随后，依次层叠阴极-电极混合物层、隔板和阳极混合物层，然后平行层叠多个“三明治”结构层，形成可封装的电极芯。该工艺是为棱柱电池开发的工艺，解决了卷绕结构电池中存在的一系列问题。

 

 

堆叠电池工艺类型

目前，堆叠电池技术主要分为四种，主要是Z形层压、切割和堆叠、热层压以及轧制和堆叠。

● Z形叠片是最常见的方法，其优点是设备成本低，毛刺小，但缺点是分离器容易变形，堆叠效率低；

● 在Z形叠片的基础上，提高了切割和堆叠的集成度。通过切片机和层压机的集成，可以减少装载和卸载、转移过程，减少颠簸，降低缺陷率。这两对具有相同的优点和缺点，都可能对分离器造成损坏。

● 切割堆垛一体机的单位成本已经略低于传统切片机加Z形堆垛机，但使用率已降至80%左右。

● 关于一体机的数据相对较少，这是LG的专利。它主要用于3C电池的制造，而动力电池很少被使用。如果你对3C消费类锂电池制造商感兴趣，可以点击链接参考。

目前，更先进的技术是热复合层压工艺，并且效率再次大大提高。理论效率可以达到0.125s/pcs（片和片的计量单位），但实际实现率并不理想，成本也大大增加。600-800万元。

 

 

堆叠电池工艺要点

● 阳极活性材料涂层需要能够覆盖阴极活性材料涂层，以防止锂沉积（锂沉积是锂离子电池的一种损耗条件，例如在低温下重复充电会对电池造成损坏，降低电池的安全性，尤其是在受到外部挤压、冲击等时）。

● 阳极和阴极极片之间的隔板需要能够完全分离阳极和阴极，并且它比阳极极片更长、更宽。叠层电池隔板的长度和宽度通常比负极大1-2mm。隔板的具体长度与电池结构的设计有关；

● 叠层电池要求极片和分离器堆叠的有序性高，极片和极片其他部件的装配位置应准确，以减少空间浪费和安全隐患；

● 堆放过程中，应防止损坏极片，保持极片棱角平整，无毛刺。

 

堆叠电池与卷绕电池的优缺点

除了堆叠，主流的电池技术是“卷绕”。接下来，我们将通过与卷绕工艺的比较来介绍堆叠工艺的优点和缺点。

 

优点

1.更高的能量密度

由于卷绕拐角处的弯曲，使用卷绕工艺的电池具有较低的空间利用率；而堆叠电池工艺可以充分利用电池空间。因此，在相同体积的电池设计下，能量密度也相应地增加。

2.结构更稳定

在电池的使用过程中，由于锂离子的嵌入，阳极和阴极都会膨胀。对于卷绕的电池芯，由于卷绕角处内外层的内应力不一致，电池芯会发生波浪状变形，从而导致电池界面的恶化。

如果电流分布不均匀，电池的内部结构将变得越来越不稳定，并且这个过程将加速。然而，堆叠电池工艺的电池在重复使用过程中会膨胀，但通常情况下，每层的膨胀力相似，因此界面可以保持平坦。

3.更高的安全性

极片的膨胀和收缩、隔板的拉伸等都会引起电芯的变形，确保电芯的最小变形，这也是电池安全的保证。

卷绕过程中，两端极片发生弯曲，涂层材料会发生较大的弯曲变形；同时，弯曲处容易出现掉粉、毛刺等问题；极片和分离器承受张力，容易产生褶皱和不均匀。叠层电池受力均匀，变形小，叠层电池的安全性更高。

4.循环寿命更长

循环寿命是电池的关键特性之一。堆叠电池具有更多的接线片，电子传输距离越短，电阻越小，因此可以降低堆叠电池的内阻，并且电池产生的热量较小。然而，绕组容易出现变形和膨胀等问题，影响电池的衰减性能。

 

 

缺点

1.设备效率低

一般动力电池的绕线效率为12PPM（每分钟纸数，指每分钟输出量），方形绕线机在极片长度为6000mm时可以达到这一效率；然而，传统Z形叠片的效率仅为4PPM，并且效率相差三倍。此外，层压设备的占地面积比卷绕机大，进一步降低了效率。

2.设备投资高

从单个生产线的角度来看，所需的绕线机数量与每个电池单元的长度有关。一条生产线一般需要10台绕线机，投资约3000万元；

使用堆叠工艺，一条生产线所需的堆叠机数量与电池数量有关，一条产线的堆叠设备投资为6000万元甚至更多。

3.缺陷率高

绕组电池易于切割，并且具有高通过率。每个电池只需要切割一次正极和负极，难度较小；然而，堆叠片材的切割很繁琐，而且每个堆叠电池都有几十个小块，容易出现缺陷产品，因此单个堆叠电池容易出现横截面等问题。

鉴于堆叠电池在能量密度和安全性方面优于卷绕电池，并且随着堆叠技术的不断发展，我们预计方形电池中的堆叠工艺有望在未来大规模使用。