锂电池制备的中段工序有卷绕和叠片两种工艺，卷绕是将长条形的极片以旋转方式成型，正负极片是连续的；叠片则是将分切后的正负极片通过堆叠的方式成型。卷绕和叠片在模切工艺上也存在差异，卷绕主要裁切非涂布区，从效率和成本的角度出发，主要采用激光模切；而叠片因为需要对涂布区进行分切，仍需结合五金模切。
资料来源：《中国车规级高速叠片动力电池白皮书》，长江证劵研究所
在动力、储能电池的应用中，圆柱电池由于形状设计的制约，只能采用卷绕工艺；方形、 软包电池既可以采用卷绕工艺，也可以采用叠片工艺。从过去的实际应用看，叠片工艺 主要为 LGES、SKI 等韩国电池厂采用，国内方形电池则多采用卷绕方案。不过，伴随 刀片电池方案推出、电芯大容量化以及叠片工艺的进步，方形电池的卷绕和叠片之争又 重新被市场关注。对此，我们也就两种路线的优劣势和产业化进度展开分析。
从锂电池性能上看，叠片工艺理论上在能量密度、循环寿命、倍率性能更为占优，一是 由于卷绕工艺存在有弧度的 C 角，会导致在电芯空间利用率上低于叠片电池，且极片的 弯曲会充放电过程中的受力不均匀，造成变形和扭曲进而影响到电池的循环寿命。二是 叠片方案的极耳数量是卷绕方案的两倍，进而可以减少电子传输距离，降低电阻、减少 发热，且电流分布均匀，能提升锂电池的循环寿命和倍率性能。
资料来源：《中国车规级高速叠片动力电池白皮书》，长江证劵研究所
从工业化控制上看，卷绕的难点在于需要保障正负极片和隔膜的对齐度控制在±0.5mm 之内，否则容易出现短路；此外在极片弯曲变形的情况下，要控制掉粉、毛刺等问题， 这也对生产制备提出更高的要求。叠片工艺在分切环节较卷绕更为复杂，分切后极片的 断面、毛刺等控制要求很高，否则影响电池的良率和一致性，进而影响性能。
从生产成本上看，卷绕工艺的生产工序相对简单，自动化程度高，在生产效率方面占优；叠片工艺需要增加分切次数、毛刺去除等工序，且堆叠效率要低于卷绕，因此生产效率 方面要低于卷绕，同时由于叠片设备的投资成本更高，也使得经济性上卷绕占优。
总结来看，叠片工艺能够提升锂电池的综合性能，但目前仍面临生产良率、一致性以及 生产成本的问题，因此卷绕仍是目前主流路线，但叠片的未来可期。
展望来看，伴随锂电池在产品形态、单体容量、循环寿命上的产品迭代，以及叠片工艺 本身的技术进步，我们认为叠片工艺的渗透率提升值得期待。
首先是产品形态的变化，方形电池此前均为“砖块形”，主流的单体电芯长度在 140mm300mm 范围。而比亚迪在 2020 年推出了刀片电池，长度达到 1m，蜂巢能源后续推出 的短刀片电池，长度同样达到 600mm 左右。刀片电芯能够带来电池体积能量密度提升、 更高的成组效率，是有竞争力的产品方案。而刀片电芯由于长度的因素，工艺上只能采 取叠片技术，未来刀片电池产品放量会带动叠片渗透率提升。
从动力电池企业的应用来看，比亚迪、蜂巢能源积极推进刀片电池方案，也将全系导入 叠片工艺；中创新航、亿纬锂能、大众集团的下一代技术方案，尽管从产品规格上看暂 未达到刀片的长度，但从电池性能的角度出发，也明确了叠片路线的选择。
其次是电芯容量的变化，电芯容量提升是降低电池成本、提高能量密度的重要路径，乘 用车中受制于热管理、快充性能的要求，单体电芯 250-300Ah 已经比较极限。而储能电 池目前以 280Ah 电芯为主流，更大容量的 300Ah 乃至 560Ah 的电芯也在陆续问世。
伴随电芯大容量化，卷绕方案 C 角的弊端会逐步体现，包括空间利用率对能量密度的影 响，以及极片弯曲、极片对齐精度对制备要求的提高。叠片方案会更加适合大容量电芯， 因此亿纬锂能在 2022 年 10 月发布的 560Ah 储能大电芯 LF560K 时即选用叠片方案。
第三是叠片工艺本身的技术进步，相较于性能上的优势，叠片技术在生产效率和工业化 能力上的短板是目前应用的主要制约因素。不过伴随产业投入加大，叠片效率有望持续 提升，目前叠片的成熟方案为“三工位切叠一体”，单工位叠片效率在 0.7-0.8s/pcs，而 蜂巢能源最新一代的“热复合+多片叠”路线目标实现 0.125s/pcs，计划在 2023 年 7 月 量产；亿纬锂能发布的 3.0 堆叠技术，将实现 0.2s/pcs 的叠片效率，相关产品计划在 2024Q2 完成交付。叠片技术效率提升、成本下降值得期待。
测算来看，当前叠片工艺在单片效率 0.6-0.7s/片，电芯容量在 200-280Ah 的情况下， 单 GWh 的叠片设备投资额在 5000-6000 万元。不过伴随叠片效率提升、电池容量增大， 叠片设备投资额会有明显下降，在假设叠片效率达到 0.2s/片，则对于 280Ah 的电芯， 叠片与卷绕的成本将比较接近，如果更大尺寸的电芯，叠片成本或更加占优。
原文始发于微信公众号（锂电产业通）：卷绕 PK 叠片！
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