近几年,跟着新能源市场的火热,动力电池装机量逐年进步,其设计理念及加工工艺也在不断改进,其间关于电芯的卷绕工艺、叠片工艺的评论从未中止过。现在市场上干流的是功率更高、本钱更低、使用更成熟的卷绕工艺,但这种工艺难以操控电芯之间的热阻隔,简单导致电芯部分过热,存在热失控延伸的危险。
相比之下,叠片工艺可以更好的发挥大型电芯优势,其在安全性、能量密度、工艺操控均比卷绕占据优势。此外,叠片工艺可以更好操控电芯良率,在用户对新能源车续航路程越来越高的趋势下,叠片工艺高能量密度的优势更有前景。现在,动力电池头部厂家均对叠片工艺进行研究和出产。
长续航需求显着叠片电池更具潜力
对新能源轿车的潜在车主而言,路程焦虑无疑是影响他们做出购车选择的关键要素之一。尤其是充电设备不完善的城市,对长续航的电动轿车有着更迫切的需求。现在,纯电的新能源轿车官方发布的续航路程普遍在300-500公里,真实续航视气候、路况,往往会在官方发布的基础上打折。能否进步真正的续航路程,与动力电池的能量密度休戚相关。
根据这样的趋势,动力电池厂也在做两方面的努力。一方面是进步单体能量密度,另一方面是进步整个电池包的能量密度。进步能量密度除了增加续航外还有个优点,即——大幅降低电控办理的难度。以特斯拉小圆柱电池为例,它内部有数千个小电池,每个电池都要接入电控体系。而通过叠片工艺做成大电芯,需求接入电控体系的电池数量大幅下降,电控难度也由此大幅降低。
但是,由于叠片工艺较为杂乱,且有诸多技术难点需求解决,一定程度上限制了这一工艺的遍及。其间一个关键难点,便是模切和叠片过程中发生的毛刺、粉尘简单形成电池短路,存在巨大的安全隐患。再加上正极资料是电芯中的本钱占比最高的部分(磷酸铁锂正极极片占电芯本钱的40%-50%,三元锂正极极片本钱占比更高),若不能找到高效、安稳的正极极片加工方式,将给电池制造商形成极大的本钱糟蹋,并限制叠片工艺的进一步开展。
五金模切现状——高耗材低上限
现在,在叠片工艺前的模切工序上,市面上普遍选用五金模具冲切,使用冲头和下刀模极小的空隙对极片进行裁切。这种机械工艺开展历史悠久,使用相对成熟,但机械咬合带来的应力往往会让被加工资料存在一些不良表征,如塌角、毛刺等。
为防止呈现毛刺,五金模具冲切在调刀时要根据极片的性质和厚度,寻觅最合适的侧向压力和刀具堆叠量,经过多轮测试才能启动批量加工。更重要的是,五金模具冲切在长时刻工作后会呈现刀具磨损及资料粘刀问题,引起工艺不安稳,导致极片裁切质量变差,最终导致电池良率下降,甚至呈现安全隐患。动力电池厂商为防止呈现隐患,往往每3-5天就会换一次刀。虽然厂家发布的刀具使用寿命可能是7-10天,或能切100万片,但电池厂为防止成批次呈现不良品(不良则需求成批次作废),往往都会提早换刀,而这会带来巨大的耗材本钱。
除此之外,如前文所说,为进步车辆续航路程,电池厂一直在努力进步电池能量密度。据业内人士透露,要进步单体能量密度,在现有的化学体系下,化学手法对单体能量密度的进步基本现已触及天花板,只能通过压实密度和极片厚度这两块做文章。而压实密度进步、极片厚度增加无疑会更伤刀具,这意味着更换刀具的时刻还要再度缩短。
此外,跟着电池尺度加大,用于进行模切的刀具也要做得更大,但刀具变大无疑会降低机械运转的速度,降低裁切功率。可以说,长期安稳的质量、高能量密度趋势、大尺度极片切割功率三大要素决议了五金模切工艺上限,这种传统工艺将难以适应未来的开展。