锂离子电池的装配——电极卷绕和叠片

锂离子电池的装配是一个复杂且高度专业化的过程，涉及很多关键的步骤和严格的质量把控。装配过程通常可以分成卷绕、叠片、组装、焊接等工序。而在众多装配工艺中，电极卷绕和电极的叠片对应着锂电子电池核心部位——电芯的组成过程。

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卷绕工艺的原理及特性

卷绕通常是首先将极耳用超声波焊接到集流体上，正极极片采用铝极耳，负极采用镍极耳，然后将正负极极片和隔膜按照顺序：正极、隔膜、负极、隔膜进行排列，在通过卷绕组装成电芯。卷绕工艺是锂离子电池生产过程中广泛运用的技术，主要用于制作圆柱形电池和部分方形电池。

卷绕式锂离子电池电芯结构示意图

锂离子电池作为现代的能源心脏技术已经相当成熟，相对应的卷绕技术也相当熟悉，现在卷绕的电芯构成方式拥有全自动的生产设备效率相当高效。它的材料主要是铝和镍材料，制作成本较低以及较高的利用率，使得卷绕仍是现在锂离子电池装配过程中不可或缺的步骤。卷绕结构定赋予了圆柱电池良好的抗压性，安全性较高。另一方面卷绕的方式极片弯曲存在死角电池的空间利用不足，同时单个极耳的模式，内阻较高并不利于大电流充放电。因此卷绕电芯通常适用于小型常规的方形电池和圆柱电池。

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叠层工艺的原理及特性

叠层通常是以集流体作为引出极耳，将正负极和隔膜按照正极、隔膜、负极顺序，逐层叠合在一起形成叠片电芯的过程。叠片的方式既有将隔膜切断的直接叠片的积层式，也有不切断隔膜的Z形叠片的折叠式。叠层与卷绕都具有全自动化生产的能力，也是成熟的电芯装配工艺。

叠片式锂离子电池结构示意图

叠层的电芯构成方式使得每个极耳都有极耳，内阻相对较小，所以更适合大电流的充放；同时叠片电芯的空间利用率高，对比卷绕电芯无论是大型电池还是超薄电池和异形电池的设计制作上都有天然的优势。同时叠片的结构受力均匀，膨胀率低电流循环顺畅拥有更长的循环寿命。另一方面叠片工艺相对的更加繁琐，同时存在多个极耳，容易出现虚焊。对比卷绕设备机器，叠片的设备机械不仅制作更加注重精度添置的成本高，且在设备制作速度上仅为卷绕机的十分之一。

叠片电池内部解构图

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卷绕和叠片技术的发展

卷绕的工艺升级在于提高空间利用率和能量上限，现在预弯曲技术预先将极片弯曲成特定的弧度，减少卷绕的应力设想，以及多极耳的卷绕设计减低内阻，都为卷绕技术的发展提供了相当的发展空间。

叠片工艺的突破——高速叠片机的研发以及干法电极技术直接去除溶剂涂布，直接压制极片的技术则是为了解决叠片工艺中复杂工序和设备成本的较高的问题。

CTC技术下综合型电池结构

参考了对于两项工艺的发展方向不难发现，随着锂离子电池的发展迭代，卷绕和叠片的界限正在逐渐模糊。卷绕和叠片工艺的竞争，本质上是效率和性能的平衡。就像卷蛋糕和千层饼干各有拥趸，两种工艺需要在持续的摩擦融合过程中在不同的应用场景持续共存。通过优化卷绕的结构提升能量密度和运用“叠片+卷绕”的混合工艺兼顾效率与性能，提升两种工艺的精度与适配性都能为锂离子电池的发展提供新的血液。

方形电池展示图

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结尾

综上所述，无论选择哪种路径，美能光子湾对锂离子电池的未来展望同各位一样，目标始终是让电池更安全、更高效地驱动人类迈向清洁能源时代。美能光子湾致力于精密测量技术的研究与应用，作为电池的受益者，同各位期待：无论技术迭代的多快，结构方式多复杂，那块为人类科技提供电力的“心脏”，可以跳的更持久、更有力。