锂电制备设备—叠片机

叠片工艺是锂电池制造的重要一环，属于中段设备之一，其主要用于电芯生产。目前主流的叠片工艺主要分为两种：Z 型叠片和复合叠片。

Z 型叠片

可以分为

单工位 Z 型叠片机、多工位 Z 型叠片机、摇摆式 Z 型叠片机和模切 Z 叠一体机 。作为当前主流工艺， Z 型叠片的优点是技术相对成熟，工艺难度较低 ；缺点是在性能、效率和可靠性等方面存在问题 。

在 Z 型叠片工艺中，叠台带动隔膜往复运动，并且叠片完成后需要尾卷动作，导致电芯内部以及隔膜尾卷的褶皱不能完全避免。从制造角度分析，Z 型叠片需要下料和尾卷的辅助时间，这在电芯制造过程中会对效率产生较大的影响。

Z 型叠片提升效率的方式除了单工位效率提升外，一般采用多工位的制作方式来提升效率。 Z 型叠片的工艺流程从隔膜放卷开始，经过度辊、张力机构引入主叠片台，主叠片台带动隔膜往复运动，呈 Z 字型折叠的同时，机械手把裁切好的正负极片放置在隔膜上，叠放到设定的电芯层数后叠台停止动作。完成隔膜尾卷后，裁切隔膜，贴胶下料。

Z 型叠片机主要部件构成包括：机架系统、正/负极片盒组件、隔膜放卷组件、负极片二次定位组件、叠片台组件、机械手组件、隔膜切断组件、电芯贴胶组件、电芯下料组件 。

复合叠片

复合叠片主要分三种：复合卷叠、复合堆叠和复合 Z 叠 。

复合卷叠： 先将正负极卷料裁切成片，通过转台与升降吸盘分别贴在隔膜上，然后用卷绕的方式将正负极片分别包裹起来，实现两组正负极片相间叠放。

复合堆叠： 负极片放卷裁切成片后送入上下两层隔膜之间，由隔膜包覆后继续走带。同时正极片放卷裁切成片后分别送到由隔膜包覆的负极片的相对位置上，经辊压复合后，正负极与隔膜形成复合单元。切刀把两个复合片之间的隔膜裁断形成独立复合单元片，在叠台上叠成电芯。复合堆叠由于每个复合单元之间的隔膜是切断的，粉尘异物容易进入到电芯内部，结构安全的风险高。

复合 Z 叠： 前段流程与复合堆叠一致，不同之处在于裁切成片后是从上下方交替送到由隔膜包覆的负极片的相对位置上，经辊压后正负极与隔膜形成复合单元，隔膜连续的复合单元在叠台上以 Z 字摆动的自由落方式完成电芯堆叠。叠放至设定层数后完成隔膜裁切，电芯下料。

复合叠片机： 用于实现高速全自动叠片工艺，主要包含正负极片与隔膜放卷机构、极片裁切与除尘机构、极片隔膜热复合机构、叠片平台、电芯热压、贴胶、称重、贴二维码与扫码机构等 。

复合叠片机主要部件构成包括：机架系统、放卷系统、张力控制系统、极片来料缺陷检测、麦拉膜收放卷系统、纠偏系统、极片裁切/送料系统、热复合系统、叠片平台、贴胶机构、 Hi-pot 测试机构、称重机构、贴二维码扫码机构、下料机构、粉尘控制机构。

叠片设备的发展趋势

①单机效率提升： 由单机 1GWh 能力逐步往2 GWh、4GWh 、 8GWh 提升。

②产品合格率提升： 由现有的 99% 逐步往99.5%、99.9%、 99.99% 发展。同时，产品的一致性 CPK 由 1.33 逐步提升至 2.0 以上。

③设备稳定性提升： MTBF 逐步发展到数千小时。

④智能化一体化： 模切叠片一体化、数据闭环智能化。

锂电池电芯叠片设备

前言

动力电池目前的主流生产工艺，无论是以特斯拉和松下主导的圆柱路线，还是以三星、CATL主导的方形路线，仍还在沿用数码锂电时代的卷绕制造工艺。但在车规级动力电池对于大容量、大规模、标准化的要求趋势下，对制造一致性、制造质量、制造安全性的要求也越来越高，卷绕工艺存在的问题逐步显现出来。

在此背景下，叠片工艺能够很好的满足锂离子在电池内部均匀、平行移动的需求，且叠片工艺具备接触界面均匀、内阻低、能量密度高、倍率特性好、极片膨胀变形均匀等综合特点，已经成为未来电池结构发展的重要趋势。

叠片设备的分类

Z型叠片 可以分为单工位Z型叠片机、多工位Z型叠片机、摇摆式Z型叠片机和模切Z叠一体机。从电芯结构工艺角度分析，由于Z型叠片的机理是隔膜材料的往复高速运动再配合叠台的压针动作，这个过程免不了会出现极片定位不准（压针撤离极片移动，无法在线监测），不能在线数据闭环的问题，同时出现隔膜拉伸变形不均匀，在高加速运动中变形破坏的风险也会更高。

从制造角度分析，Z型叠片需要下料和尾卷的辅助时间，这在电芯制造过程中会对效率产生较大的影响。Z型叠片提升效率的方式除了单工位效率提升外，一般采用多工位的制作方式来提升效率。但是多工位Z型叠片机存在较复杂的极片调度系统，整机的实际利用率较低。

复合叠片 可以分为复合卷叠机、复合堆叠机和复合折叠机。复合叠片的基础需要使用双面涂胶隔膜，包括水系或油系隔膜。通过压力和温度将极片与隔膜粘附在一起形成复合单元，再使用不同的方式进行电芯成型。同时复合叠片技术较适合用于未来半固态或全固态电池的制作。复合叠片可以保证隔膜张力均匀，没有拉伸突变，隔膜极片结合界面均匀，可以在线检测正、负极片，隔膜的对齐度实现制造数据闭环，因而对叠片制造质量提升很有帮助。

叠片分类及优缺点

叠片设备的原理

①Z型叠片机： 此设备完成动力电池的自动叠片、贴胶及自动下料功能。隔膜主动放卷，经过渡辊，垂直张力机构引入主叠片台。主叠片台带动隔膜前后往复运动，呈Z字形折叠并放置极片。正负机械手分别从正负极片盒内取出极片，经次定位台定位，精确叠放在主叠片台上。在叠放至设定片数后，停止叠片，完成尾卷、贴胶后，自动下料到后工序。其设备流程图和主要性能指标表如下：