動(dòng)力電池目前的主流生產(chǎn)工藝，無(wú)論是以特斯拉和松下主導(dǎo)的圓柱路線(xiàn)，還是以三星、CATL主導(dǎo)的方形路線(xiàn)，仍還在沿用數(shù)碼鋰電時(shí)代的卷繞制造工藝。但在車(chē)規(guī)級(jí)動(dòng)力電池對(duì)于大容量、大規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化的要求趨勢(shì)下，對(duì)制造一致性、制造質(zhì)量、制造安全性的要求也越來(lái)越高，卷繞工藝存在的問(wèn)題逐步顯現(xiàn)出來(lái)。

       在此背景下，疊片工藝能夠很好的滿(mǎn)足鋰離子在電池內(nèi)部均勻、平行移動(dòng)的需求，且疊片工藝具備接觸界面均勻、內(nèi)阻低、能量密度高、倍率特性好、極片膨脹變形均勻等綜合特點(diǎn)，已經(jīng)成為未來(lái)電池結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要趨勢(shì)。

疊片設(shè)備的分類(lèi)

Z型疊片

       可以分為單工位Z型疊片機(jī)、多工位Z型疊片機(jī)、搖擺式Z型疊片機(jī)和模切Z疊一體機(jī)。從電芯結(jié)構(gòu)工藝角度分析，由于Z型疊片的機(jī)理是隔膜材料的往復(fù)高速運(yùn)動(dòng)再配合疊臺(tái)的壓針動(dòng)作，這個(gè)過(guò)程免不了會(huì)出現(xiàn)極片定位不準(zhǔn)（壓針撤離極片移動(dòng)，無(wú)法在線(xiàn)監(jiān)測(cè)），不能在線(xiàn)數(shù)據(jù)閉環(huán)的問(wèn)題，同時(shí)出現(xiàn)隔膜拉伸變形不均勻，在高加速運(yùn)動(dòng)中變形破壞的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)更高。

       從制造角度分析，Z型疊片需要下料和尾卷的輔助時(shí)間，這在電芯制造過(guò)程中會(huì)對(duì)效率產(chǎn)生較大的影響。Z型疊片提升效率的方式除了單工位效率提升外，一般采用多工位的制作方式來(lái)提升效率。但是多工位Z型疊片機(jī)存在較復(fù)雜的極片調(diào)度系統(tǒng)，整機(jī)的實(shí)際利用率較低。

復(fù)合疊片

       可以分為復(fù)合卷疊機(jī)、復(fù)合堆疊機(jī)和復(fù)合折疊機(jī)。復(fù)合疊片的基礎(chǔ)需要使用雙面涂膠隔膜，包括水系或油系隔膜。通過(guò)壓力和溫度將極片與隔膜粘附在一起形成復(fù)合單元，再使用不同的方式進(jìn)行電芯成型。同時(shí)復(fù)合疊片技術(shù)較適合用于未來(lái)半固態(tài)或全固態(tài)電池的制作。復(fù)合疊片可以保證隔膜張力均勻，沒(méi)有拉伸突變，隔膜極片結(jié)合界面均勻，可以在線(xiàn)檢測(cè)正、負(fù)極片，隔膜的對(duì)齊度實(shí)現(xiàn)制造數(shù)據(jù)閉環(huán)，因而對(duì)疊片制造質(zhì)量提升很有幫助。

疊片分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)

（工藝流程示意）

疊片設(shè)備的原理

① Z型疊片機(jī)：

       此設(shè)備完成動(dòng)力電池的自動(dòng)疊片、貼膠及自動(dòng)下料功能。隔膜主動(dòng)放卷，經(jīng)過(guò)渡輥，垂直張力機(jī)構(gòu)引入主疊片臺(tái)。主疊片臺(tái)帶動(dòng)隔膜前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，呈Z字形折疊并放置極片。正負(fù)機(jī)械手分別從正負(fù)極片盒內(nèi)取出極片，經(jīng)次定位臺(tái)定位，精確疊放在主疊片臺(tái)上。在疊放至設(shè)定片數(shù)后，停止疊片，完成尾卷、貼膠后，自動(dòng)下料到后工序。其設(shè)備流程圖和主要性能指標(biāo)表如下：

Z型疊片機(jī)設(shè)備流程圖

Z型疊片機(jī)主要性能指標(biāo)表

②復(fù)合疊片機(jī)：

       用于實(shí)現(xiàn)高速全自動(dòng)疊片工藝，主要包含正負(fù)極片與隔膜放卷機(jī)構(gòu)、極片裁切與除塵機(jī)構(gòu)、極片隔膜熱復(fù)合機(jī)構(gòu)、疊片平臺(tái)、電芯熱壓、貼膠、稱(chēng)重、貼二維碼與掃碼機(jī)構(gòu)等。其設(shè)備流程圖和主要性能指標(biāo)表如下：

復(fù)合疊片機(jī)設(shè)備流程圖

復(fù)合疊片機(jī)主要性能指標(biāo)表

疊片設(shè)備的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

①Z型疊片機(jī)

       主要部件構(gòu)成包括：機(jī)架系統(tǒng)、正/負(fù)極片盒組件、隔膜放卷組件、負(fù)極片二次定位組件、疊片臺(tái)組件、機(jī)械手組件、隔膜切斷組件、電芯貼膠組件、電芯下料組件。

Z型疊片貼膠示意圖

②復(fù)合疊片機(jī)

       主要部件構(gòu)成包括：機(jī)架系統(tǒng)、放卷系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、極片來(lái)料缺陷檢測(cè)、麥拉膜收放卷系統(tǒng)、糾偏系統(tǒng)、極片裁切/送料系統(tǒng)、熱復(fù)合系統(tǒng)、疊片平臺(tái)、貼膠機(jī)構(gòu)、Hi-pot測(cè)試機(jī)構(gòu)、稱(chēng)重機(jī)構(gòu)、貼二維碼掃碼機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)、粉塵控制機(jī)構(gòu)。

復(fù)合疊片貼膠示意圖

疊片設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

? 單機(jī)效率提升：由單機(jī)1GWh能力逐步往2GWh、4GWh、8GWh提升。

? 產(chǎn)品合格率提升：由現(xiàn)有的99%逐步往99.5%、99.9%、99.99%發(fā)展，同時(shí)產(chǎn)品的一致性CPK由1.33逐步提升至2.0以上。

? 設(shè)備穩(wěn)定性提升：MTBF逐步發(fā)展到數(shù)千小時(shí)。

? 智能化一體化：模切疊片一體化、數(shù)據(jù)閉環(huán)智能化。

疊片機(jī)設(shè)備核心指標(biāo)路線(xiàn)如下圖：

疊片機(jī)設(shè)備核心指標(biāo)路線(xiàn)圖

       盡管疊片工藝對(duì)于動(dòng)力電池性能的提升優(yōu)勢(shì)明顯，但擺在產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)面前的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是，疊片工藝在實(shí)際的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中面臨著毛刺、粉塵控制等難題，仍需在未來(lái)制造技術(shù)發(fā)展中不斷突破與創(chuàng)新。