저자: Dany Huang, Ph.D.
TOB뉴에너지 대표이사 & R&D 리더
요약 및 주요 시사점
50Ah를 초과하는 대용량-각형 및 파우치 셀의 경우 Z-폴딩 스태킹이 우수한 제조 공정입니다. 기존 권선 방법에 비해 내부 저항이 현저히 낮고 체적 공간 활용도가 높습니다.
- 공간 활용:스태킹은 셀 케이싱의 최대 98%를 채워 상처 젤리 롤에 내재된 "데드 코너" 공극을 완전히 제거합니다.
- 내부 저항:스택형 셀은 다중 탭 병렬 연결을 특징으로 하며 임피던스를 최대 15%까지 줄이고 고속 충전 중에 열 발생을 최소화합니다.
- 기계적 스트레스:스태킹은 상처 세포를 괴롭히는 심각한 굽힘 반경 문제를 제거하여 전극 미세 균열을 방지합니다-.
- 생산 속도:와인딩은 여전히 순수한 출력량(원통형 또는 작은 각형 셀에 이상적)의 왕이지만 최신 연속 스태킹 기계는 효율성 격차를 빠르게 줄이고 있습니다.
후크
고속 와인더를 사용하여 각형 셀 디자인을 100Ah로 확장했습니다-. 프로토타입을 테스터에 올려 놓았습니다. 내부 저항은 지붕을 통과합니다. 50사이클 후에 케이싱의 모서리가 눈에 띄게 불룩해졌습니다. 왜? 전극을 한계점까지 늘렸기 때문입니다. 생산 관리자는 와인딩 속도를 좋아합니다. 그러나 물리학은 분당 단위에 관심이 없습니다. 용량을 확장하려면 제조 프로세스에 적응해야 합니다. 추측은 그만하세요. 여기에 엔지니어링 현실이 있습니다.
굽힘의 물리학: 굽은 병목 현상
와인딩이 빠릅니다. 연속적입니다. 18650, 21700 및 4680 원통형 셀의 확실한 챔피언입니다. 그러나 이를 대형-기둥형 또는 파우치 셀에 적용하면 심각한 기계적 결함이 발생합니다.
상처 젤리 롤에서 내부 회전은 외부 회전보다 극적으로 더 좁은 굽힘 반경을 갖습니다.
실패 시나리오:좁은 2mm 중앙 핀 주위에 두꺼운 250μm NMC 음극을 감으면 외부 코팅층이 늘어납니다. 내부 레이어는 압축되고 버클됩니다. 활물질에 균열이 발생하여 노출된 알루미늄 집전체가 노출됩니다. 높은 C-속도 사이클링 동안 리튬은 이러한 미세한 균열에 직접 도금됩니다. 귀하의 셀은 100사이클에 도달하기도 전에 치명적인 내부 단락을 겪게 됩니다. 그것은 공장 현장에 있는 시한폭탄입니다.
스태킹의 장점: 스트레스 제로, 순수한 파워
Z-폴딩 스태킹 기계는 형상을 완전히 변경합니다. 전극을 개별 시트로 자르고 연속 분리기로 교대로 엮습니다.
전극은 완벽하게 평평한 상태를 유지합니다. 굽힘 응력이 없습니다. 코너 균열 제로. 더욱이, 모든 단일 음극 및 양극 층에는 자체 탭이 병렬로 용접되어 있기 때문에 전자 이동 거리가 엄청나게 짧습니다. 이는 내부 저항(IR)이 크게 감소함을 의미합니다. 고속-EV 셀이나 대규모 에너지 저장 시스템(ESS)을 구축하는 경우 스태킹은 협상 불가능합니다.-
엔지니어링 통찰력:고속 스태킹 중에 가장자리 정렬에 어려움을 겪고 계시나요?- 잘못 정렬된 양극은 음극을 덮지 못하여 가장자리에 즉시 리튬 도금이 발생합니다. 레이저-유도 CCD 시력교정이 필요합니다. 당사의 정확한 광학 정렬 사양을 확인하려면 TOB New Energy에 문의하세요.자동화된 Z-접이식 적재 기계 공급업체시스템.
A 대 B: 스태킹 대 와인딩 결정 매트릭스
새로운 생산 라인에 대한 대량 조달을 계획하는 구매 이사 및 엔지니어의 경우 이는 기본 매트릭스입니다.
| 미터법 | 와인딩 공정 | Z-폴딩 스태킹 프로세스 |
| 체적 효율성 | ~85% (낭비된 코너 공간) | ~98%(최대 공간 사용량) |
| 내부저항 | 높음(긴 단일 탭 경로) | 하단(다중-탭 병렬) |
| 기계적 응력 | 높음(C-모서리 균열 위험) | 제로(평면 전극) |
| 제조 속도 | 초{0}}빠름(웹 속도 최대 3m/s) | 느림(빠르게 개선되지만) |
| 장비 비용 | 낮은 초기 자본 | 더 높은 정밀도 요구 사항 |
장비를 귀하의 화학 물질에 맞추십시오
프로세스를 잘못된 셀 형식으로 강제할 수는 없습니다.
가전제품이나 드론용 소형 5Ah 파우치 셀을 제작하는 소스 공장의 경우 와인딩이 매우 비용 효율적입니다.- 우리의산업용 배터리 와인딩 머신 제조업체라인은 더 얇은 전극의 굽힘 응력을 상당 부분 완화하는 능동 장력 제어 기능을 갖추고 있습니다.
그러나 전고체-배터리나 초-두꺼운 실리콘 양극으로 전환하는 경우에는 스태킹이 유일한 방법입니다. 고체 전해질은 단단합니다. 부서지지 않고는 상처를 입을 수 없습니다.
확장할 준비가 되셨나요?
와인딩과 스태킹 중에서 선택하면 전체 공장 레이아웃, 건조실 크기 및 다운스트림 레이저 용접 요구 사항이 결정됩니다. 진공 상태에서 이러한 결정을 내리지 마십시오. TOB New Energy는 중국의 베테랑 턴키 공급업체로서 완전한 공급을 제공합니다.리튬-이온 배터리 턴키 제조 라인 솔루션. 우리는 귀하가 필요로 하는 정확한 생산 라인을 엔지니어링하기 위해 귀하의 셀 화학, 용량 목표 및 예산을 분석합니다. 직접 도매 장비 견적을 받으려면 지금 셀 청사진을 보내주십시오.
자주 묻는 질문(사람들이 묻는 질문)
Q1. 대용량 EV 배터리에는 어떤 공정이 더 적합합니까?
스태킹. 전적으로. 50Ah를 초과하는 셀의 경우 Z-폴딩 적층 공정은 우수한 열 방출을 제공하고 내부 저항을 크게 낮추며 단단히 감긴 젤리 롤과 관련된 기계적 전극 균열을 방지합니다.
Q2. 스태킹 과정이 와인딩 과정보다 느린가요?
예, 역사적으로요. 표준 와인딩 기계는 몇 초 만에 셀을 완성할 수 있습니다. 그러나 격차가 줄어들고 있습니다. 최고 제조업체의 최신 고속 회전식 적층 기계는 이제 전극 시트당 0.5초를 초과할 수 있어 대량 생산에 매우 적합합니다.
Q3. 파우치 셀에 권취기를 사용할 수 있나요?
예. 가전제품에 사용되는 저-용량 파우치 셀(일반적으로 10Ah 미만)의 경우 평면-맨드릴 권선이 업계 표준입니다. 빠르고 효율적입니다. 기계적 스트레스 문제는 더 두꺼운 전극과 더 큰 셀 설치 공간으로 확장할 때만 중요해집니다.
