锂离子电池根据封装方式和外形可分类为软包、方形和圆柱电池，从内部成型工艺角度看，软包和方形电池可以采用卷绕或叠片工艺，圆柱电池处处具有弧度，只能采用卷绕工艺。虽然卷绕工艺发展时间相对更长，工艺成熟、成本低、良率高，但随着新能源汽车的推广发展，叠片工艺以体积利用率高、结构稳定、内阻小、循环寿命长等优势特点成为了后起之秀。

附表1：叠片和卷绕工艺对比

卷绕工艺是通过控制极片的速度、张力、相对位置等，将分条后的正负极片和隔离膜卷制在一起，工艺特点使其只能制备形状规则的锂电池，叠片工艺是通过送片机构将正负极片和隔离膜交错堆叠，形成叠芯，可以制备规则形状或异形锂电池，灵活度更高。

附图1：卷绕和叠片过程图

1.叠片结构空间利用率更高

叠片工艺极组为层叠结构，同一张极片不存在弯折现象，不存在卷绕工艺的“C角”问题，可以充分利用内壳的边角空间，单位体积的容量更高，相比卷绕结构电池，叠片结构能量密度可以提高约5%。

附图2：卷绕和叠片结构对比

2.叠片结构稳定性好、循环寿命长、安全性高

卷绕结构充放电过程中，“C角”极片内外层应力不一致，不同位置膨胀收缩不同，极片存在变形风险和析锂风险，而叠片结构不存在“C角”，极片平整，每层极片膨胀力均匀，界面一致性好，循环性能更好。

附图3：卷绕和叠片结构CT扫描图

附图4：卷绕结构“C角”易析锂

3.叠片结构内阻小、倍率性能好、温升低

叠片结构具有多层极片，每层极片均引出一个极耳，然后通过Tablead将其超声焊接在一起，相当于并联了若干小极片，内阻更小，而传统卷绕结构正负极片各只有一层，通常只有一个极耳，电子传输路径更长，内阻大、倍率差、温升高。为了降低卷绕结构的内阻，可以采用极耳中置或多极耳卷绕技术，但对设备能力和质量控制提出了更高的要求。

附图5：卷绕结构和叠片结构极耳数量和位置布置

4.叠片结构效率低、成本高、一致性差

卷绕生产效率一般可达12ppm以上，效率高，且设备占地更小，而叠片效率一般6~8ppm，效率低，且叠片机机械结构更多，设备占地面积大。

附表2：卷绕和叠片生产效率对比

为了提高叠片机的效率，叠片工艺和叠片设备一直在不断改进。传统“Z”形叠片机是将模切后的极片分别堆垛在一起，通过机械手抓取极片定位，然后逐层叠加在隔膜上方，一只电芯叠片时长约3~5min，效率极慢。

附图6：传统“Z”形叠片过程示意图

在传统“Z”形叠片机基础上，发展了切叠一体机，其整合了模切机和贴胶热压机，即模切后的极片无需重新堆垛，而是切一片、叠一片，提升了叠片效率，并且降低了极片在转运过程中碰撞损伤的风险。

附图7：切叠一体机过程示意图

无论是传统“Z”形叠片还是切叠一体化技术，叠片过程中隔膜拉伸，都存在隔膜形变、褶皱的风险。为了解决这一问题，热复合叠片技术应运而生，即将隔膜(带状)/负极片(片状)/隔膜(带状)/正极片(片状)四层结构通过热辊加热复合，然后裁切为隔膜/负极片/隔膜/正极片的电池单元（Bi-cell），多个Bi-cell直接堆叠后热压形成叠芯，杜绝了隔膜形变的问题，但工艺过程变得更加复杂了。

附图8：热复合叠片过程示意图

由于卷绕结构的卷绕速度极快，人们又想到了结合叠片和卷绕的优势，卷叠一体机横空出世。其工作原理是先切出小片的正极片和负极片，然后将其热复合在隔离膜上，由于卷绕过程中厚度逐渐增加，相邻极片之间的间距布置也应逐渐增加，最后采用卷绕工艺卷制成型，这是目前生产效率最高的“叠片”方案。

附图9：卷叠一体机工作示意图

附表3：几种主流叠片机叠片效率对比

5.叠片设备投资额较大、门槛高

从单条产线来看，一条产线需要10台卷绕机，单价~万/台，一条产线卷绕机成本为0~0万，等效换算为叠片设备，成本为~万元，金额增加了1~3倍。

6.叠片结构极片毛刺问题突出、工艺控制难

叠片电池需要对极片进行数次切断，形成的断面尺寸比卷绕结构长，毛刺风险增加。目前，叠片结构的极片裁切主要采用模具冲切和激光切割两种方式。

模具冲切是采用五金刀切断极片，冲切效率高，且技术成熟，是目前主流的叠片结构极片裁切方式，但这种物理裁切方式会导致刀口磨损，需要定期更换刀具，维护成本高。而激光切割不存在更换刀具问题，切换型号时也只需修改软件尺寸参数即可，灵活度高，但激光切割会产生大量粉尘，且存在热效应问题，技术瓶颈尚待突破。

附表4：模切和激光切割优劣势对比

附图10：激光切割产生的毛刺和溶珠现象

除了五金模切和激光切割外，还有一种极片裁切方式是超声波加工，超声波能量是通过安装在主轴后方的超声波振动器发生前后振动而产生，但如此高频振动下还要控制毛刺水平的难度极大，因此，超声波切割应用于极片裁切尚难落地。

附图11：超声波切割原理示意图

综上，由于激光切割存在粉尘、毛刺、熔珠问题，存在内短路安全风险，而五金模切毛刺可控，效率快，工艺成熟，将是未来几年极片裁切的主流方式。

总结

卷绕电池内阻大，可以通过结构改进大幅降低内阻，如全极耳结构可以做到和叠片结构相近的内阻水平，但对设备能力和质量控制要求更高。叠片电池结构平整、内阻小，空间利用率高，在动力电池领域大放异彩，以LG、BYD为代表的电池企业坚守叠片路线。制约叠片结构发展的一个重要因素是叠片效率太慢，但随着叠片设备和工艺的不断改进，切叠一体化、热复合技术、卷叠技术的发展将助力叠片效率显著提升。

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