高精密超薄材料冲切模具技术赋能叠片电池“起量” 全球视讯
2023-06-07 14:02:01 互联网
近两年，叠片工艺渗透率不断提升，带动长薄型方形叠片电池成为市场主流。
(资料图片)
头部动力电池企业中，比亚迪（刀片）、蜂巢能源（短刀）、中创新航（One-stop Bettery和全极耳叠片电池）、瑞浦兰钧（CB500长电芯）、欣旺达（超充电池SFC48），其产品都采用叠片工艺。
与此同时，随着储能电芯容量不断向280Ah、以及300Ah以上进发，储能市场已经成为继软包动力电池之后，叠片电池出货的新增长极。
截至2022年底，280Ah的大容量方形电池在电力储能领域的渗透率已达80%。从制造端看，对于大电芯而言，叠片工艺有利于电芯内部空间利用更充分，能量密度更高，安全性更好，循环寿命更长，与其生产工艺的匹配度更高。
此前，囿于生产效率低与投入成本高，叠片路线在锂电制造环节渗透缓慢。而随着新一批叠片设备工艺进展不断跃阶，桎梏消失的叠片电池正在快速起量，也为供应链相关企业带来巨大的市场空间。
叠片工艺对极片模切提出高要求
在核心工序段，叠片与卷绕的差别主要在于模切和极组成型环节。
在模切方式上，传统卷绕采用双边模切，模切极耳间距不等，冲切位置有Mark孔进行定位；而叠片采用单边模切，极耳间距相同，会进行等间距切断。卷绕双边模切完成后分切收卷，以卷料形式流向极组成型工序，叠片模切后以片状物料流向极组成型工序。
相比于仅需一次切段的卷绕电池极片，叠片电池切段的极片数量多，工艺难度大。如一致性保持不佳，则容易产生毛刺和粉尘问题，不仅会降低电池的能量密度，还可能击穿隔膜，导致电池自放电或电池内部短路问题，影响电池安全性。
因此叠片工艺对极片精度与平整度的容错率极低。高质量的极片冲切，对新一代动力电池降本增效及提升良品率至关重要。
目前，叠片电池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。
由于五金模具是利用冲头和下刀模极小的间隙对极片进行裁切，上下刀的间隙、压料板和冲头的间隙、压料板压力的大小、压料板平面度等都是造成毛刺与粉尘的主要因素。
行业认为，为了解决毛刺与粉尘问题，既要优化现有模具结构，也要改善模具材料、完成高度精细的模具制造和装配过程。
由于冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、高压和拉伸、弯扭等负荷，工作条件复杂，易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。极片冲切模具对零件材料的要求远比普通零件高。
此外，模具加工涵盖模座加工、模板加工、刀口加工等，涉及到CNC粗加工、硬阳处理加工、热处理加工、放电加工、线切割、JG坐标磨床加工等多个环节，对加工过程的技术及经验要求极高。
日信高科超薄材料冲切模具技术赋能叠片产线
高工锂电获悉，广东日信高精密科技有限公司(以下简称"日信高科")自2014年成立以来专注深耕于锂电池极片冲切领域，通过自主研发新型模具与引入国际顶尖设备，拥有超薄材料冲切模具核心技术，赋能锂电池极片安全高效生产。超薄材料的冲切对模具冲裁间隙要求非常高，因此对模具在设计、加工、检测、装配调试各环节要求都很严苛。
对此，日信高科引进了日本西部、沙迪克、牧野等国际最高端品牌的慢走丝线切割和油割机，购入日本牧野立式加工中心、日本三井磨床、瑞士豪泽坐标磨等上百台高精密加工设备，可用于模具零件高精度线切割放电加工、高精密零件圆孔以及轮廓形状加工、及钻削、铣削等多种加工工艺。
产品检测方面，则配备了德国蔡司的三坐标测量机、日本基恩士显微镜等一批高精密检测设备，可检测极片裁切面的平整度、毛刺大小，并对零件实现高精度要求的3D测量。
正常的冲裁间隙是材料厚度的5%，即厚度为0.1mm的材料，模具冲裁间隙为0.005mm。
锂电池极片集流体正极是厚度约0.015的铝箔，负极是厚度约0.006的铜箔，根据冲切模具间隙的取值标准，锂电池极片正极冲切模具的冲裁间隙取值在0.0007mm左右，负极冲切模具的冲裁间隙在0.0003mm左右。
日信高科模具产品综合精度可达±0.001mm，面粗度Ra0.05um。冲压毛刺最小可达0.006mm，冲速240次每分钟，刀口总寿命不低于1000万次，单次研磨后冲压寿命不低于100万次。
高精密裁切刀具方面，切刀交付量超过10万件，每月产能2000件。刃口缺口尺寸已实现：宽度f 0.003~0.015mm / 深度e 0.003~0.01mm / 1500mm长度 <5处。
截止2022年，日信高科已经积累了超2万套高精密锂电池极片冲切模具交付经验，被中国质量认证中心认定为模具企业先进制造能力等级中的冲模（II类）。
进入新能源赛道的近十年间，日信高科逐渐积累了比亚迪、LG、瑞浦兰钧、孚能科技、冠宇动力、中创新航、格林晟、利元亨等一线客户资源。
底层技术研发上，公司与华南区域唯一的国家级模具质检中心建立了长期的战略合作，与顶尖的教授博士小组共同进行自主模具研发，持续针对最新的电池材料及结构体系进行模具迭代。
当前，在国内锂电池极片裁切模具细分领域，公司的市场占有率已达到40%左右。
面对2023年锂电产业链的新变局，日信高科通过降本增效，扩充产品矩阵、与核心客户进行战略合作、加快出海等举措，积极应对行业新周期。
成本管控上，公司通过优化产品设计、改进生产工艺、提高产品良率、人员精细化管理等，进一步降低运营成本。
产品开发上，为了向设备及电池客户提供整体解决方案，提高客户黏性，日信高科聚焦锂电池极片制造前段工序，不断开发涂布模头、辊压机轧辊等新产品，为涂布机、辊压机、分条机、模切机等设备提供关键零部件。
出海进程上，日信高科在韩国天安市成立了海外驻点，对LG新能源、三星等韩国客户提供现场服务，为公司拓宽海外市场打下坚实基础。
根据行业预测，到2027年全球采用叠片工艺的电池产能将达到845GWh。
风口之下，日信高科的高精密模具产品凭借技术领先性与市场优越性，将持续获益于叠片技术路线的发展红利。
“世界模具看中国，中国模具看长安”。作为从东莞长安镇的传统五金模具行业起家、向自动化、国际化、高端化方向成功转型的精密模具代表企业，日信高科不断研发精密模具尖端技术，精准抓住新能源电池产业链发展的大潮，建立竞争护城河。
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