為了盡可能地利用電池從電芯到PACK的有限空間，提高電池的體積能量密度，各大電池廠與電芯設(shè)計和制造工藝、PACK結(jié)構(gòu)設(shè)計不斷較勁。

其中，疊片工藝，隨著技術(shù)的進步，從被質(zhì)疑走到廣泛接受。大量電池企業(yè)在生產(chǎn)短刀電池、快充電池以及300Ah大容量儲能電池時，都逐漸進入疊片時代。通過不斷改進疊片工藝和智能化檢測設(shè)備，電池企業(yè)已經(jīng)在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)和安全性方面取得了顯著的進步。

一、疊片：與卷繞分庭抗禮

疊片工藝在方形電池領(lǐng)域聲名鵲起可追溯到2019年。

卷繞工藝和疊片工藝，兩種工藝原本都擁有自己的應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)勢。

卷繞工藝是將電極和隔離膜一起卷成一個圓柱形結(jié)構(gòu)。這種工藝主要應(yīng)用于圓柱型和方形電池的生產(chǎn)。卷繞電池具有結(jié)構(gòu)緊湊、生產(chǎn)效率高、成本相對較低的特點。但是，由于卷繞電池的電流路徑較長，內(nèi)阻較高，散熱性能相對較差。

疊片工藝是將電極和隔離膜疊加在一起，形成一個平面結(jié)構(gòu)。這種工藝主要應(yīng)用于軟包和方殼電池的生產(chǎn)。疊片電池具有如內(nèi)阻低，放電平臺高；殼體內(nèi)部空間充分利用，體積比容量更高；內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，易控制，不易變形，安全性更高等特點。但是，其生產(chǎn)過程相對復(fù)雜，成本較高，產(chǎn)品合格率不如卷繞。

卷繞和疊片工藝各自有其專業(yè)領(lǐng)域，過去并沒有直接競爭，但情況自2019年發(fā)生變化。疊片在方形電池領(lǐng)域的用戶驟然擴量，與卷繞分庭抗禮。

國內(nèi)方形電池的主流供應(yīng)商，比亞迪是疊片電池應(yīng)用規(guī)模zui大的一家，2020年重磅推出的刀片電池采用的即是大電芯高速疊片工藝。蜂巢能源同樣倡導(dǎo)動力電池“從'卷時代'邁入'疊時代'”，逐漸明晰“短刀+疊片”的技術(shù)標簽。

▲ 卷繞與堆疊技術(shù)發(fā)展路徑 來源：汽車電子設(shè)計

蜂巢能源將其高速疊片技術(shù)進化史剖示出來。高速疊片技術(shù)三年間經(jīng)歷了三次迭代，2019年0.6秒/片，2021年0.45秒/片；2022年0.125秒/片，生產(chǎn)效率得以極大提升。

生產(chǎn)效率外，提升生產(chǎn)良率也是動力電池降低成本的有效手段之一。多家電池稱，其高速疊片工藝解決了行業(yè)隔膜褶皺、對齊度不良等缺陷控制與監(jiān)測痛點問題，生產(chǎn)良品率可達95%以上，疊片對齊公差在±0.3mm以內(nèi)。超級快充電池SFC480采用了高精度疊片技術(shù)，疊片精度達到±0.1mm，達到行業(yè)先進的水平，疊片中CCD在線檢測，保障疊片精度，疊片后百分之百 CT檢測，0不良流出。

▲ 高精度疊片 來源：欣旺達

不難看出，電池企業(yè)都致力于實現(xiàn)超高速疊片速度下的高良品率目標。關(guān)鍵在于嚴密控制每個環(huán)節(jié)的精度和質(zhì)量。

二、蔡司工業(yè)CT： 打開疊片電芯的黑盒

一旦裸芯進入鋁殼并焊好殼蓋后，內(nèi)部的一，切未知，之前的每一步都有造成缺陷的風(fēng)險，有一些甚至是非常嚴重的隱患。

比如，堆疊時有可能定位不準，造成極片偏移，影響對齊度；堆疊時由于接觸極片，很容易造成極片翻折和褶皺；極耳虛焊脫焊，造成電池?zé)o效；殼體焊接不良造成漏液，與空氣接觸；電芯內(nèi)部的金屬異物、極片壓傷撞傷、電解液不足等缺陷。

上述問題，需要及時檢測出來，但電芯內(nèi)部組件互相包裹和遮擋，相關(guān)組裝精度難以全面測量，而拆解電芯的方式，不僅效率低還有漏檢的風(fēng)險。隨著技術(shù)水平的提高，以上缺陷的檢測方案已基本完善。但對疊片電池而言，需要不同的檢測手段。

對齊度的測試是重中之重。卷繞電池線邊一般使用蔡司工業(yè)CT中的 X 射線檢測卷芯邊緣位置。但是疊片電池由于結(jié)構(gòu)不同，暫無法使用蔡司CT中的 X 射線觀測其對齊度，主要使用 CT 檢測。

▲ 卷繞和疊片裸芯的檢測 來源：《纖毫畢現(xiàn)，追根溯源–探索電池高效生產(chǎn) 打造高品質(zhì)電池的奧秘》白皮書

通過采用蔡司CT（計算機斷層掃描）檢測，可以對電池情況進行非破壞性檢測，在化成前后測試并比較，確保用量充足又不會浪費。由于疊片電池堆疊密度更大，極片厚度更薄，對內(nèi)部金屬異物尺寸的控制更為嚴格。高精度的無損CT可以發(fā)現(xiàn)更小的金屬顆粒。目前電池制造商通常配備多臺蔡司CT設(shè)備來提高檢測效率。

可以看到，蔡司工業(yè) CT 在疊片電池的生產(chǎn)過程中發(fā)揮出更大作用。像蔡司的工業(yè) CT 方案，蔡司CT 測試可以幫助客戶完成多種缺陷的甄別，無論在線邊抽檢還是失效分析，將成品電芯的安全性提高到新的高度，也區(qū)別了各家電芯的質(zhì)量，讓越來越多的電池廠開始意識到 蔡司CT 的重要性。

隨著技術(shù)進步，蔡司工業(yè)CT 打開了電芯的黑盒，給出更多種內(nèi)部缺陷的檢測方案，包括對齊度、極片褶皺、極片間隔、極片破損、極片壓傷、極耳翻折、極耳焊接缺陷、電解液不足、金屬異物、殼體凹坑、殼體焊接缺陷、極柱測量等等。

于此同時，對蔡司工業(yè) CT 的要求也在提高。射線管需要有足夠的穿透電壓，足夠的功率。功率越大，掃描時拍攝的曝光時間越短，可以加快掃描速率。更重要的是，射線源需要有穩(wěn)定的設(shè)計，可以在大功率條件下依然可以保持超，長連續(xù)工作時間，即使布置在線邊的蔡司 CT 也需要7x24 小時使用。并且始終保持可追溯的測量精度，保證測量的準確性。

蔡司CT的 METROTOM 系列即使在苛刻的測試需求下，完美的完成了客戶要求，可以穩(wěn)定檢出在此之前的所有工序缺陷，成為業(yè)內(nèi)主要的 蔡司CT方案提供者。

在此之上，蔡司更是創(chuàng)造性的把三坐標空間補償技術(shù)應(yīng)用到計量型蔡司工業(yè) CT 領(lǐng)域，2005 制造出全球首臺計量型 蔡司工業(yè)CT METROTOM，并不斷升級。在保證掃描范圍等 蔡司CT 性能參數(shù)的前提下，又進一步極大的提高了掃描精度，為計量型蔡司工業(yè) CT 提供了可能性以及更加先進的機械結(jié)構(gòu)。

▲ 融合傳統(tǒng)蔡司工業(yè) CT 和三坐標測量的計量型蔡司工業(yè)CT 設(shè)備 來源：《纖毫畢現(xiàn)，追根溯源–探索電池高效生產(chǎn) 打造高品質(zhì)電池的奧秘》白皮書

在各廠家在積極研發(fā)下，鋰電行業(yè)的 CT 產(chǎn)品向著“在線監(jiān)測、自動識別”的方向不斷突破。除開硬件因素，還有基于真實缺陷模型的模擬軟件。通過應(yīng)用深度學(xué)習(xí)/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，減輕人力負擔(dān)的同時得出準確的數(shù)據(jù)池。

在軟硬件的共同進步下，相信不久的未來將會有在線的自動化 CT 上市，助力鋰電池提高質(zhì)量。

?