鋰電池制備的中段工序有卷繞和疊片兩種工藝，卷繞是將長條形的極片以旋轉(zhuǎn)方式成型，正負(fù)極片是連續(xù)的；疊片則是將分切后的正負(fù)極片通過堆疊的方式成型。卷繞和疊片在模切工藝上也存在差異，卷繞主要裁切非涂布區(qū)，從效率和成本的角度出發(fā)，主要采用激光模切；而疊片因為需要對涂布區(qū)進(jìn)行分切，仍需結(jié)合五金模切。
資料來源：《中國車規(guī)級高速疊片動力電池白皮書》，長江證劵研究所
工藝進(jìn)步+產(chǎn)業(yè)趨勢，疊片滲透率有望提升
在動力、儲能電池的應(yīng)用中，圓柱電池由于形狀設(shè)計的制約，只能采用卷繞工藝；方形、 軟包電池既可以采用卷繞工藝，也可以采用疊片工藝。從過去的實際應(yīng)用看，疊片工藝 主要為 LGES、SKI 等韓國電池廠采用，國內(nèi)方形電池則多采用卷繞方案。不過，伴隨 刀片電池方案推出、電芯大容量化以及疊片工藝的進(jìn)步，方形電池的卷繞和疊片之爭又 重新被市場關(guān)注。對此，我們也就兩種路線的優(yōu)劣勢和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度展開分析。
從鋰電池性能上看，疊片工藝?yán)碚撋显谀芰棵芏?、循環(huán)壽命、倍率性能更為占優(yōu)，一是 由于卷繞工藝存在有弧度的 C 角，會導(dǎo)致在電芯空間利用率上低于疊片電池，且極片的 彎曲會充放電過程中的受力不均勻，造成變形和扭曲進(jìn)而影響到電池的循環(huán)壽命。二是 疊片方案的極耳數(shù)量是卷繞方案的兩倍，進(jìn)而可以減少電子傳輸距離，降低電阻、減少 發(fā)熱，且電流分布均勻，能提升鋰電池的循環(huán)壽命和倍率性能。
資料來源：《中國車規(guī)級高速疊片動力電池白皮書》，長江證劵研究所
從工業(yè)化控制上看，卷繞的難點在于需要保障正負(fù)極片和隔膜的對齊度控制在±0.5mm 之內(nèi)，否則容易出現(xiàn)短路；此外在極片彎曲變形的情況下，要控制掉粉、毛刺等問題， 這也對生產(chǎn)制備提出更高的要求。疊片工藝在分切環(huán)節(jié)較卷繞更為復(fù)雜，分切后極片的 斷面、毛刺等控制要求很高，否則影響電池的良率和一致性，進(jìn)而影響性能。
從生產(chǎn)成本上看，卷繞工藝的生產(chǎn)工序相對簡單，自動化程度高，在生產(chǎn)效率方面占優(yōu)；疊片工藝需要增加分切次數(shù)、毛刺去除等工序，且堆疊效率要低于卷繞，因此生產(chǎn)效率 方面要低于卷繞，同時由于疊片設(shè)備的投資成本更高，也使得經(jīng)濟(jì)性上卷繞占優(yōu)。
總結(jié)來看，疊片工藝能夠提升鋰電池的綜合性能，但目前仍面臨生產(chǎn)良率、一致性以及 生產(chǎn)成本的問題，因此卷繞仍是目前主流路線，但疊片的未來可期。
哪些產(chǎn)業(yè)變革會加速疊片的應(yīng)用
展望來看，伴隨鋰電池在產(chǎn)品形態(tài)、單體容量、循環(huán)壽命上的產(chǎn)品迭代，以及疊片工藝 本身的技術(shù)進(jìn)步，我們認(rèn)為疊片工藝的滲透率提升值得期待。
首先是產(chǎn)品形態(tài)的變化，方形電池此前均為“磚塊形”，主流的單體電芯長度在 140mm300mm 范圍。而比亞迪在 2020 年推出了刀片電池，長度達(dá)到 1m，蜂巢能源后續(xù)推出 的短刀片電池，長度同樣達(dá)到 600mm 左右。刀片電芯能夠帶來電池體積能量密度提升、 更高的成組效率，是有競爭力的產(chǎn)品方案。而刀片電芯由于長度的因素，工藝上只能采 取疊片技術(shù)，未來刀片電池產(chǎn)品放量會帶動疊片滲透率提升。
從動力電池企業(yè)的應(yīng)用來看，比亞迪、蜂巢能源積極推進(jìn)刀片電池方案，也將全系導(dǎo)入 疊片工藝；中創(chuàng)新航、億緯鋰能、大眾集團(tuán)的下一代技術(shù)方案，盡管從產(chǎn)品規(guī)格上看暫 未達(dá)到刀片的長度，但從電池性能的角度出發(fā)，也明確了疊片路線的選擇。
其次是電芯容量的變化，電芯容量提升是降低電池成本、提高能量密度的重要路徑，乘 用車中受制于熱管理、快充性能的要求，單體電芯 250-300Ah 已經(jīng)比較極限。而儲能電 池目前以 280Ah 電芯為主流，更大容量的 300Ah 乃至 560Ah 的電芯也在陸續(xù)問世。
伴隨電芯大容量化，卷繞方案 C 角的弊端會逐步體現(xiàn)，包括空間利用率對能量密度的影 響，以及極片彎曲、極片對齊精度對制備要求的提高。疊片方案會更加適合大容量電芯， 因此億緯鋰能在 2022 年 10 月發(fā)布的 560Ah 儲能大電芯 LF560K 時即選用疊片方案。
第三是疊片工藝本身的技術(shù)進(jìn)步，相較于性能上的優(yōu)勢，疊片技術(shù)在生產(chǎn)效率和工業(yè)化 能力上的短板是目前應(yīng)用的主要制約因素。不過伴隨產(chǎn)業(yè)投入加大，疊片效率有望持續(xù) 提升，目前疊片的成熟方案為“三工位切疊一體”，單工位疊片效率在 0.7-0.8s/pcs，而 蜂巢能源最新一代的“熱復(fù)合+多片疊”路線目標(biāo)實現(xiàn) 0.125s/pcs，計劃在 2023 年 7 月 量產(chǎn)；億緯鋰能發(fā)布的 3.0 堆疊技術(shù)，將實現(xiàn) 0.2s/pcs 的疊片效率，相關(guān)產(chǎn)品計劃在 2024Q2 完成交付。疊片技術(shù)效率提升、成本下降值得期待。
測算來看，當(dāng)前疊片工藝在單片效率 0.6-0.7s/片，電芯容量在 200-280Ah 的情況下， 單 GWh 的疊片設(shè)備投資額在 5000-6000 萬元。不過伴隨疊片效率提升、電池容量增大， 疊片設(shè)備投資額會有明顯下降，在假設(shè)疊片效率達(dá)到 0.2s/片，則對于 280Ah 的電芯， 疊片與卷繞的成本將比較接近，如果更大尺寸的電芯，疊片成本或更加占優(yōu)。
原文始發(fā)于微信公眾號（鋰電產(chǎn)業(yè)通）：卷繞 PK 疊片！
