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卷绕和叠片,如孪生兄弟争斗,市场决定生死。
中国新能源汽车市场,据腾讯营销预测,未来5年将保持40%的复合增长率,到2022年年销量约300万台。增长原因是政策目标支持,车辆电池品质提升,消费者接受程度增强,由此可推导出企业发展将由政策导向转为市场产品驱动。
市场产品驱动,意味着消费者能真正作为顾客,用性价比的眼光,来衡量新能源汽车值不值得买。经实地调研,客户选购新能源汽车主要顾虑是电池的续航里程、使用寿命、安全性,也包含充电桩分布的完善性、充电时长、二手转卖保值率、流通渠道、售后服务等。
直白说,电池对新能源汽车而言,如同心脏,其性能与成本直接决定销量。电池中应用最广泛的锂离子动力电池,其性能与工艺、制造设备密切相关。尤其是核心工序卷绕与叠片涉及到的,对量产成本有刚性约束。
我们从卷绕和叠片两种工艺的工艺、设备特点、整车开发平台进行分析、评估。1卷绕与叠片工艺卷绕工艺中,极片隔膜制成电芯后,两侧边缘位置的电极存在较大曲率,在充放电的过程中,易变形和扭曲,会导致电池性能下降,甚至有安全隐患。此外电芯放电过程中,两侧电流分布不均,电压极化较大,放电电压不稳。
测试
卷绕工艺的主要工序流程图
卷绕工艺工序流程图(主要工序)
注液
(Inject)
(Mixing)
涂布(Coating^
化成
CForm-atjon^
焊接
(Welding)
裁片分条
(Slitting〕
成型
冷压
(ColdSm】
卷绕
(Winding)
顶封
〔Topsealing)
叠片工艺过程繁琐,主要是极片与隔膜裁切成片。但极片分切合格率低,质量(断面、
毛刺等)很难保持高度一致性,且对齐精度不够。
测试
化成
【Aging)
叠片工艺的主要工序流程图
叠片工序流程图(MEnprowss)
注液
CInject)
顶封
〔TopSealing)
搅拌
(AAiscitig】
涂布
CCoatingJ
樓切
〔AAtiduleCutting)
对眾
(Pressing)
焊接
CWelding)
輕片
(Stacking)
捕气拥口
Cdegassing)
成型
(Forming)
成型CForming)
预址
(Formation)
总的来说,卷绕效率高,工艺简单,但电芯品质不如叠片。虽然叠片机可通过多工位提升效率,然总体上成本依旧高昂,电芯一致性差,在市场上的竞争力还是薄弱些,只能限定一小部分使用。
2卷绕设备
卷绕设备包括正负极片、隔膜自动放卷,自动除粉尘,正负极片自动卷绕,粘贴终止胶带,成品自动下料,预压称重,贴二维码等模块。
对电池厂而言,采购设备最重要的性能指标是卷绕线速度、张力波动控制、对齐精度、整机合格率、时间稼动率、故障率等。
就当下卷绕机的水平,可实现线速度3m/s,张力波动控制±5%,对齐精度为土2mm,整机合格率±99%,时间稼动率298%,故障率W1%。
3叠片设备
以热复合式叠片机为例,其来料为已切割极耳的卷料。工序是正负极裁切、热复合、叠片、热压与四周包胶。
功能是极片隔膜自动放卷、自动纠偏、张力控制、极耳抚平和导向,除尘,极片裁断和送料、热复合、CCD定位和叠片,包胶,称重贴码等。
具体流程是正负极和隔膜卷先由伺服电机自动放卷,然后经张力控制和纠偏,被极片裁切装置裁切为定长的单片。热复合机构将裁切好的正负单片与双层隔膜送进烘箱内预热,再用麦拉膜保护极片和隔膜输送。结束后,直接冷压、裁断成独立叠片单元。
独立叠片单元被运送至CCD拍照位置,经拍照定位后,位置信息会传送至搬送机械手。
搬送机械手接收指令,机械手上的吸盘吸附叠片单元堆叠至叠片台。堆叠至电芯所需层数后,直接输送至热压平台,完成热压。
热压后电芯进入包胶工位进行短路测试并四周包胶,随后称重并在表面贴码信息绑定,最终NG自动剔除,合格品则保留。
,%,时间稼动率298%,
故障率W1%,叠片效率(五工位)在4片/s。
A
•i
叠片工艺示意图
壶片过程演示
4总结叠片机和卷绕机都能制备大容量方形电池。从整车开发平台而言,未来方形电池的制造,会与车型底盘相匹配。
眼下最受业内关注的电动车平台就是大众MEB平台,从这一趋势来看,电池的模组和电芯尺寸都在变大。另外大众发布的VDA尺寸电芯已到达卷针周长的极限,按MEB平台的电芯尺寸,将来电芯长度还会增加。
如果单从能量密度和续航里程看,大模组、大电芯的确是趋势,叠片比卷绕更占优势。可市场比拼的本质是价格,如果叠片设备能大幅降成本,利润高过卷绕,取代也许就近在咫尺。
说一千,道一万,关键问题还是钱。自古巧妇难为无米之炊,叠片看似前途光明,若是成本一直居高不下,即便政策支持鼓励,迟早也会被消费者抛弃。