動力電池目前的主流生產(chǎn)工藝，無論是以特斯拉和松下主導(dǎo)的圓柱路線，還是以三星、CATL主導(dǎo)的方形路線，仍還在沿用數(shù)碼鋰電時代的卷繞制造工藝。但在車規(guī)級動力電池對于大容量、大規(guī)模、標準化的要求趨勢下，對制造一致性、制造質(zhì)量、制造安全性的要求也越來越高，卷繞工藝存在的問題逐步顯現(xiàn)出來。

       在此背景下，疊片工藝能夠很好的滿足鋰離子在電池內(nèi)部均勻、平行移動的需求，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，已經(jīng)成為未來電池結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要趨勢。

疊片設(shè)備的分類

Z型疊片

       可以分為單工位Z型疊片機、多工位Z型疊片機、搖擺式Z型疊片機和模切Z疊一體機。從電芯結(jié)構(gòu)工藝角度分析，由于Z型疊片的機理是隔膜材料的往復(fù)高速運動再配合疊臺的壓針動作，這個過程免不了會出現(xiàn)極片定位不準（壓針撤離極片移動，無法在線監(jiān)測），不能在線數(shù)據(jù)閉環(huán)的問題，同時出現(xiàn)隔膜拉伸變形不均勻，在高加速運動中變形破壞的風險也會更高。

       從制造角度分析，Z型疊片需要下料和尾卷的輔助時間，這在電芯制造過程中會對效率產(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提升效率。但是多工位Z型疊片機存在較復(fù)雜的極片調(diào)度系統(tǒng)，整機的實際利用率較低。

復(fù)合疊片

       可以分為復(fù)合卷疊機、復(fù)合堆疊機和復(fù)合折疊機。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行電芯成型。同時復(fù)合疊片技術(shù)較適合用于未來半固態(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，沒有拉伸突變，隔膜極片結(jié)合界面均勻，可以在線檢測正、負極片，隔膜的對齊度實現(xiàn)制造數(shù)據(jù)閉環(huán)，因而對疊片制造質(zhì)量提升很有幫助。

疊片分類及優(yōu)缺點

（工藝流程示意）

疊片設(shè)備的原理

① Z型疊片機：

       此設(shè)備完成動力電池的自動疊片、貼膠及自動下料功能。隔膜主動放卷，經(jīng)過渡輥，垂直張力機構(gòu)引入主疊片臺。主疊片臺帶動隔膜前后往復(fù)運動，呈Z字形折疊并放置極片。正負機械手分別從正負極片盒內(nèi)取出極片，經(jīng)次定位臺定位，精確疊放在主疊片臺上。在疊放至設(shè)定片數(shù)后，停止疊片，完成尾卷、貼膠后，自動下料到后工序。其設(shè)備流程圖和主要性能指標表如下：

Z型疊片機設(shè)備流程圖

Z型疊片機主要性能指標表

②復(fù)合疊片機：

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

復(fù)合疊片機設(shè)備流程圖

復(fù)合疊片機主要性能指標表

疊片設(shè)備的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

①Z型疊片機

       主要部件構(gòu)成包括：機架系統(tǒng)、正/負極片盒組件、隔膜放卷組件、負極片二次定位組件、疊片臺組件、機械手組件、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

       主要部件構(gòu)成包括：機架系統(tǒng)、放卷系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、極片來料缺陷檢測、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、貼膠機構(gòu)、Hi-pot測試機構(gòu)、稱重機構(gòu)、貼二維碼掃碼機構(gòu)、下料機構(gòu)、粉塵控制機構(gòu)。

復(fù)合疊片貼膠示意圖

疊片設(shè)備的發(fā)展趨勢

? 單機效率提升：由單機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。

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

疊片機設(shè)備核心指標路線如下圖：

疊片機設(shè)備核心指標路線圖

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