卷繞結構動力電池即將被淘汰？動力電池企業力推疊片結構

據統計，2019年1到5月份新能源汽車總產量47萬輛，比去年同期增長48.7%，繼續增長的新能源汽車消費市場也對動力電池萌生了巨大的需求，目前市面上常見的動力電池類型主要有三類：1）方形電池；2）小容量圓柱形電池；3）軟包電池，其中大容量的方形電池憑借著更高的空間利用效率，以及更高的成組效率，已經成為目前主流的動力電池類型，在新能源乘用車和新能源客車范疇得到了廣泛的使用。

目前方形鋰電池的加工工藝依然脫胎于上個世紀90年代開發的卷繞工藝，這種工藝的好處是工藝相對比較簡單，同時加工效率較高，因此在方形電池研發的初期得到了較多的使用，但是這種卷繞結構的方形鋰電池存在一系列的問題。

1.電芯易變形

由于卷繞式結構的特點，電芯兩側邊緣位置的電極存在較大的曲率，因此在充放電的過程中由于正極、負極萌生的體積變化會導致在電芯邊緣處萌生應力聚集，進而導致電芯發生變形和扭曲【1】，引起鋰電池性能下降，甚至萌生安全問題。

2.電流分布不均、極化大

電芯邊緣處較大的曲率不僅會造成宏觀上正負極極片受到應力萌生形變，還會在微觀層面對活性物質的嵌鋰萌生影響，研究聲明在電芯邊緣彎曲處的內側，越靠近電極曲率較大的位置，電極中可供Li+嵌入的邊界越小，因此也就導致此處電極中的Li濃度越低，而在電芯彎曲處的電極外側由于受到拉應力，因此可供Li+嵌入的面積因此相對較大，因此彎曲處電極外側Li濃度相對較高【2】。

由于卷繞電芯這種結構特點，會導致電芯在放電的過程中電流分布不均、電壓極化較大，導致放電電壓平臺低【3】，因此即便是采用相同材料體系和相同容量設計卷繞式方形鋰電池在能量密度和倍率性能上也要低于疊片結構的方形電池。

3.空間利用效率較低

卷繞式方形電芯的邊緣彎曲處呈現的為半圓形狀，當裝入到方形電池殼中時，會在電池殼的四個角的位置留下無法填充的剩余空間，這就造成了卷繞式方形電芯的空間利用率較低，影響電池能量密度的提升。

卷繞式方形電池存在的這些問題主要是由于工藝與產品不匹配造成的，在方形結構電池上強行采用圓柱電池的卷繞工藝，因此萌生了大量的難以克服的問題。

動力電池即將進入疊時代

疊片工藝是一種針對方形電池開發的工藝，該工藝首先將極片沖切成一定形狀，然后采用疊片的形式組合成為方形鋰電池，因此徹底處理了卷繞結構電芯存在的一系列問題。

首先，疊片結構處理了邊緣彎曲導致的電芯在充放電過程會發生變形的問題，從而提升了結構穩定性和安全性。

其次，由于疊片結構不存在邊緣彎曲的問題，因此在充放電過程中應力在電極內部的分布是平均的，因此疊片式結構的電芯內電流的分布也更加平均，有利于提升電芯的倍率性能，減小極化，提升電芯的能量密度。

最后，由于疊片式電芯的特點，因此其形狀和結構更加靈活，不但能夠處理卷繞式結構中殼體邊角空間浪費的問題，提升電池的能量密度，還能夠用于加工形狀復雜的特殊化產品，具有非常好的適應性。

相關研究顯示疊片工藝可以使鋰電池的能量密度提升5%，循環壽命提升10%，成本降低5%，鑒于疊片電池相比于卷繞式電池的優點，目前主流的動力電池廠家，例如三星、CATL等廠家等都計劃將現有的卷繞式方形電池加工工藝，逐步轉換為疊片式加工工藝。但是相比于成熟的卷繞工藝，目前疊片工藝還面臨諸多掣肘因素，首當其沖的就是加工效率問題，目前主流的疊片機疊片效率僅為1-1.2秒/片，對于動輒蘊含上百片正負極的大容量方形電池而言，現有的疊片工藝效率遠遠低于傳統的卷繞式工藝，對于時間就是生命的動力電池企業而言，這是一道難以逾越的鴻溝，其次是疊片式加工工藝的設備自動化水平依然相對較低，不利于加工效率和產品一致性的提高。

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