前言
動力電池目前的主流生產工藝，無論是以特斯拉和松下主導的圓柱路線，還是以三星、CATL主導的方形路線，仍還在沿用數碼鋰電時代的卷繞製造工藝。但在車規級動力電池對於大容量、大規模、標準化的要求趨勢下，對製造一致性、製造質量、製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部均勻、平行移動的需求，且疊片工藝具備接觸界面均勻、內阻低、能量密度高、倍率特性好、極片膨脹變形均勻等綜合特點，已經成為未來電池結構發展的重要趨勢。
疊片設備的分類
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。從電芯結構工藝角度分析，由於Z型疊片的機理是隔膜材料的往複高速運動再配合疊台的壓針動作，這個過程免不了會出現極片定位不準（壓針撤離極片移動，無法在線監測），不能在線數據閉環的問題，同時出現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。
從製造角度分析，Z型疊片需要下料和尾卷的輔助時間，這在電芯製造過程中會對效率產生較大的影響。Z型疊片提升效率的方式除了單工位效率提升外，一般採用多工位的製作方式來提升效率。但是多工位Z型疊片機存在較複雜的極片調度系統，整機的實際利用率較低。
複合疊片可以分為複合卷疊機、複合堆疊機和複合摺疊機。複合疊片的基礎需要使用雙面塗膠隔膜，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複合單元，再使用不同的方式進行電芯成型。同時複合疊片技術較適合用於未來半固態或全固態電池的製作。複合疊片可以保證隔膜張力均勻，沒有拉伸突變，隔膜極片結合界面均勻，可以在線檢測正、負極片，隔膜的對齊度實現製造數據閉環，因而對疊片製造質量提升很有幫助。
疊片分類及優缺點
疊片設備的原理
①Z型疊片機：此設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，經過渡輥，垂直張力機構引入主疊片台。主疊片台帶動隔膜前後往複運動，呈Z字形摺疊並放置極片。正負機械手分別從正負極片盒內取出極片，經次定位台定位，精確疊放在主疊片台上。在疊放至設定片數後，停止疊片，完成尾卷、貼膠後，自動下料到後工序。其設備流程圖和主要性能指標表如下：
Z型疊片機設備流程圖
Z型疊片機主要性能指標表
②複合疊片機：用於實現高速全自動疊片工藝，主要包含正負極片與隔膜放卷機構、極片裁切與除塵機構、極片隔膜熱複合機構、疊片平台、電芯熱壓、貼膠、稱重、貼二維碼與掃碼機構等。其設備流程圖和主要性能指標表如下：
複合疊片機設備流程圖
複合疊片機主要性能指標表
疊片設備的關鍵結構
①Z型疊片機，主要部件構成包括：機架系統、正/負極片盒組件、隔膜放卷組件、負極片二次定位組件、疊片台組件、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複合疊片機，主要部件構成包括：機架系統、放卷系統、張力控制系統、極片來料缺陷檢測、麥拉膜收放卷系統、糾偏系統、極片裁切/送料系統、熱複合系統、疊片平台、貼膠機構、Hi-pot測試機構、稱重機構、貼二維碼掃碼機構、下料機構、粉塵控制機構。
複合疊片貼膠示意圖
疊片設備的發展趨勢
♦ 單機效率提升：由單機1GWh能力逐步往2GWh、4GWh、8GWh提升。
♦ 產品合格率提升：由現有的99%逐步往99.5%、99.9%、99.99%發展，同時產品的一致性CPK由1.33逐步提升至2.0以上。
♦ 設備穩定性提升：MTBF逐步發展到數千小時。
♦ 智能化一體化：模切疊片一體化、數據閉環智能化。
疊片機設備核心指標路線如下圖：
疊片機設備核心指標路線圖
結語
儘管疊片工藝對於動力電池性能的提升優勢明顯，但擺在產業鏈企業面前的現實問題是，疊片工藝在實際的產業化應用中面臨著毛刺、粉塵控制等難題，仍需在未來製造技術發展中不斷突破與創新。
